一種基于石墨烯的肖特基柔性光伏器件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種柔性光伏器件，尤其是涉及一種基于石墨烯的肖特基柔性光伏器件。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，作為一種綠色清潔的可再生能源，太陽能受到世界各國的重視，各國相繼制定了本國的太陽能光伏發(fā)展計(jì)劃，對(duì)太陽能光伏器件的研發(fā)已成為各國研宄人員的研宄熱點(diǎn)。同時(shí)由于便攜式電子產(chǎn)品日益增長的微型化趨勢，推動(dòng)了小型化太陽能電源的研宄和發(fā)展。
[0003]目前，最成熟的太陽能技術(shù)是以單晶硅片為基礎(chǔ)的太陽能電池，其技術(shù)發(fā)展成熟并且能量轉(zhuǎn)換效率高，但單晶硅太陽能電池對(duì)單晶硅的純度要求很高，導(dǎo)致其成本居高不下。另外，單晶硅太陽能電池的制備工藝復(fù)雜，限制了其進(jìn)一步的發(fā)展和應(yīng)用。為了簡化制備工藝以及降低成本，人們發(fā)展了基于薄膜材料的太陽能電池，但薄膜太陽能電池的能量轉(zhuǎn)換效率低于單晶硅太陽能電池。此外，部分薄膜太陽能電池材料的劇毒性也限制了其發(fā)展和應(yīng)用。
[0004]石墨烯材料均有著獨(dú)特的電學(xué)，光學(xué)，磁學(xué)和力學(xué)性能，同時(shí)，石墨烯具有獨(dú)特二維平面結(jié)構(gòu)，與現(xiàn)代高科技的微納加工技術(shù)相銜接，可以很好地實(shí)現(xiàn)微電子器件、光敏器件的高密度集成，在能源轉(zhuǎn)換方面有著巨大的應(yīng)用潛力。通過結(jié)合石墨烯和金屬材料形成的石墨烯一金屬肖特基結(jié)光伏器件，相比于傳統(tǒng)的硅p-n結(jié)或p-1-n結(jié)光伏器件，器件制備過程簡單，適合在室溫下大規(guī)模生產(chǎn)，且能有效的降低制備成本。
[0005]另一方面，隨著技術(shù)的發(fā)展，未來的電子器件應(yīng)該更便攜、耐磨損、可伸縮以及具有較高的透明度，但目前的電子器件主要以硬質(zhì)、不透明的硅技術(shù)為主，這些硅基底不可伸縮，透光度差，不能滿足未來電子器件更先進(jìn)的功能需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種基于石墨烯的肖特基柔性光伏器件，用以提高光伏器件的高密度集成和大規(guī)模生產(chǎn)，并解決硅基電子器件的硬質(zhì)，不透明的缺點(diǎn)。
[0007]本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):
[0008]一種基于石墨烯的肖特基柔性光伏器件，該肖特基柔性光伏器件包括柔性襯底，在柔性襯底上生長形成石墨烯層與金屬層，所述石墨烯層與金屬層交疊放置，構(gòu)成異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)；在所述石墨烯層上生長形成第一金屬電極，在金屬層上生長形成第二金屬電極，所述第一金屬電極與第二金屬電極之間無交疊。所述石墨烯層、金屬層因其材料功函數(shù)不同，形成肖特基結(jié)光伏器件，在器件中形成內(nèi)建電場。當(dāng)光源從透明襯底背面入射時(shí)，可快速在肖特基結(jié)中引起光生載流子，形成光電流。
[0009]作為本發(fā)明柔性光伏器件的一種優(yōu)化方案，所述柔性襯底為透明的柔性高分子聚合物材質(zhì)，優(yōu)選為聚酰亞胺(Polyimide)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)或聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)中的一種或幾種混合。
[0010]作為本發(fā)明柔性光伏器件的一種優(yōu)化方案，所述石墨烯層為單層結(jié)構(gòu)或多層結(jié)構(gòu)。所述的石墨烯被轉(zhuǎn)移放置在透明柔性襯底上形成石墨烯層。
[0011]作為本發(fā)明柔性光伏器件的一種優(yōu)化方案，所述金屬層材料為金，厚度在200nm以內(nèi)。
[0012]作為本發(fā)明柔性光伏器件的一種優(yōu)化方案，所述第一金屬電極與第二金屬電極均為透明導(dǎo)電材料，優(yōu)選自氧化銦錫或氧化鋅鋁，其厚度為10-100nm。
[0013]所述柔性襯底背面為光源入射面。
[0014]所述柔性襯底、石墨烯層、金屬層、第一金屬電極與第二金屬電極均為柔性材料。
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0016](I)本發(fā)明中采用的石墨烯材料具有獨(dú)特二維平面結(jié)構(gòu)，能夠與現(xiàn)代高科技的微納加工技術(shù)相銜接，可以很好地實(shí)現(xiàn)器件的高密度集成。
[0017](2)本發(fā)明通過結(jié)合石墨烯和金屬材料，石墨烯一金屬肖特基結(jié)光伏器件，相比于傳統(tǒng)的硅P-n結(jié)或p-1-n結(jié)光伏器件，器件制備過程簡單，適合在室溫下大規(guī)模生產(chǎn)，且能有效的降低制備成本。
[0018](3)本發(fā)明采用柔性襯底，同時(shí)發(fā)明中采用的石墨烯具有可伸展可彎曲的特點(diǎn)，故本發(fā)明可隨意彎曲折疊，在彎折后器件的電學(xué)性能保持不變，滿足在某些極限或特殊情況下的應(yīng)用需求，更可滿足便攜式電子產(chǎn)品對(duì)小型化電源的技術(shù)需求，可用于光電信息傳輸、存儲(chǔ)和探測。
【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)明基于石墨烯的肖特基柔性光伏器件的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0021]實(shí)施例
[0022]一種基于石墨烯的肖特基柔性光伏器件，如圖1所示，該肖特基柔性光伏器件包括柔性襯底1，在柔性襯底I上生長形成石墨烯層2與金屬層3，石墨烯層2與金屬層3交疊放置，構(gòu)成異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)；在石墨烯層2上生長形成第一金屬電極4，在金屬層3上生長形成第二金屬電極5，第一金屬電極4與第二金屬電極5之間無交疊。石墨稀層、金屬層因其材料功函數(shù)不同，形成肖特基結(jié)光伏器件，在器件中形成內(nèi)建電場。當(dāng)光源從透明襯底背面入射時(shí)，可快速在肖特基結(jié)中弓I起光生載流子，形成光電流。
[0023]本實(shí)施例的石墨烯肖特基柔性光伏器件的基本制作工藝如下:
[0024]首先，采用PET材料為柔性襯底材料。
[0025]其次，通過標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械剝離工藝獲得石墨烯，并通過光學(xué)顯微鏡找到石墨烯，石墨烯可以是單層或多層結(jié)構(gòu)。并通過顯微鏡進(jìn)行拉曼散射譜測量，確定所選的石墨烯的實(shí)際層數(shù)。之后通過轉(zhuǎn)移技術(shù)轉(zhuǎn)移到柔性襯底上。
[0026]之后，通過電子束蒸發(fā)或磁探測射方法在石墨烯上生長一層金屬層，材料為金，厚度在200nm以內(nèi)。
[0027]最后，由磁控濺射方法或電子束蒸發(fā)、熱蒸發(fā)的方法淀積一層1-1OOnm厚的透明導(dǎo)電材料，通過剝離工藝制成兩個(gè)電極，即第一金屬電極與第二金屬電極。透明導(dǎo)電材料為氧化銦錫或氧化鋅鋁等。
[0028]上述的對(duì)實(shí)施例的描述是為便于該技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能理解和使用發(fā)明。熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員顯然可以容易地對(duì)這些實(shí)施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應(yīng)用到其他實(shí)施例中而不必經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動(dòng)。因此，本發(fā)明不限于上述實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，不脫離本發(fā)明范疇所做出的改進(jìn)和修改都應(yīng)該在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于石墨烯的肖特基柔性光伏器件，其特征在于，該肖特基柔性光伏器件包括柔性襯底(I)，在柔性襯底(I)上生長形成石墨烯層(2)與金屬層(3)，所述石墨烯層(2)與金屬層(3)交疊放置，構(gòu)成異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)；在所述石墨烯層(2)上生長形成第一金屬電極(4)，在金屬層(3)上生長形成第二金屬電極(5)，所述第一金屬電極(4)與第二金屬電極(5)之間無交疊。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于石墨烯的肖特基柔性光伏器件，其特征在于，所述柔性襯底(I)為透明的柔性高分子聚合物材質(zhì)。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于石墨烯的肖特基柔性光伏器件，其特征在于，所述柔性襯底(I)選自聚酰亞胺、聚萘二甲酸乙二醇酯或聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯中的一種或幾種混合。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于石墨烯的肖特基柔性光伏器件，其特征在于，所述石墨烯層(2)為單層結(jié)構(gòu)或多層結(jié)構(gòu)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于石墨烯的肖特基柔性光伏器件，其特征在于，所述金屬層(3)材料為金，厚度在200nm以內(nèi)。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于石墨烯的肖特基柔性光伏器件，其特征在于，所述第一金屬電極(4)與第二金屬電極(5)均為透明導(dǎo)電材料，厚度為10-100nm。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于石墨烯的肖特基柔性光伏器件，其特征在于，所述第一金屬電極(4)與第二金屬電極(5)材料選自氧化銦錫或氧化鋅鋁。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于石墨烯的肖特基柔性光伏器件，其特征在于，所述柔性襯底(I)背面為光源入射面。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于石墨烯的肖特基柔性光伏器件，其特征在于，所述柔性襯底(I)、石墨烯層(2)、金屬層(3)、第一金屬電極(4)與第二金屬電極(5)均為柔性材料。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于石墨烯的肖特基柔性光伏器件，該肖特基柔性光伏器件包括柔性襯底，在柔性襯底上生長形成石墨烯層與金屬層，所述石墨烯層與金屬層交疊放置，構(gòu)成異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)；在所述石墨烯層上生長形成第一金屬電極，在金屬層上生長形成第二金屬電極，所述第一金屬電極與第二金屬電極之間無交疊。所述石墨烯層、金屬層因其材料功函數(shù)不同，形成肖特基結(jié)光伏器件，在器件中形成內(nèi)建電場。當(dāng)光源從透明襯底背面入射時(shí)，可快速在肖特基結(jié)中引起光生載流子，形成光電流。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明形狀可彎曲，塑性強(qiáng)，可被應(yīng)用可穿戴設(shè)備及其它柔性電子應(yīng)用領(lǐng)域，具有廣泛應(yīng)用前景。
【IPC分類】H01L31/07, H01L31/028
【公開號(hào)】CN104966758
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510319640
【發(fā)明人】湯乃云
【申請(qǐng)人】上海電力學(xué)院
【公開日】2015年10月7日
【申請(qǐng)日】2015年6月11日