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基于石墨烯和n-型II-VI族半導(dǎo)體納米線陣列的柔性肖特基太陽能電池的制作方法

文檔序號:10159210閱讀:787來源:國知局
基于石墨烯和n-型II-VI族半導(dǎo)體納米線陣列的柔性肖特基太陽能電池的制作方法
【專利說明】基于石墨烯和η-型I l-VI族半導(dǎo)體納米線陣列的柔性肖特基太陽能電池
技術(shù)領(lǐng)域

[〇〇〇1]本實(shí)用新型涉及太陽能電池的技術(shù)領(lǐng)域,具體來說涉及一種基于石墨烯和η-型
II-VI族半導(dǎo)體納米線陣列的柔性肖特基太陽能電池。
【背景技術(shù)】

[0002]世界常規(guī)能源供應(yīng)短缺危機(jī)日益嚴(yán)重,化石能源的大量開發(fā)利用已成為造成自然環(huán)境污染和人類生存環(huán)境惡化的主要原因之一,尋找新興能源已成為世界熱點(diǎn)問題。在各種新能源中,太陽能光伏發(fā)電具有無污染、可持續(xù)、總量大、分布廣、應(yīng)用形式多樣等優(yōu)點(diǎn),受到世界各國的高度重視。但是傳統(tǒng)的太陽能電池受制于重量,厚度,便攜性以及抗彎折程度多項(xiàng)制約,無法真正的走入千家萬戶。柔性太陽能電池板是太陽能產(chǎn)業(yè)的新興技術(shù)產(chǎn)品,具有可彎曲折疊,便于攜帶等優(yōu)點(diǎn),可以應(yīng)用于太陽能背包、太陽能敞篷、太陽能手電筒、太陽能汽車、太陽能帆船以及集成在窗戶或屋頂、外墻或內(nèi)墻上。柔性器件概念來源于對有機(jī)電子學(xué)的研究,但有機(jī)半導(dǎo)體材料由于本身特性的限制而無法在強(qiáng)調(diào)高性能和高穩(wěn)定性的現(xiàn)代電子系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用(A. J. Baca,J. Η. Ahn,Υ. G. Sun,Μ. A. Meitl,Ε. Menard,Η. S. Kim,W. M. Choi,D. H. Kim,Y. Huang,J. A. Rogers,Angew. Chem. Int. Ed.,47, 5524 (2008))。伊利若依大學(xué)Rogers教授和Huang教授提出基于傳統(tǒng)無機(jī)半導(dǎo)體的柔性器件,他們利用現(xiàn)有半導(dǎo)體硅工藝制備無機(jī)功能薄膜器件,然后轉(zhuǎn)移至柔性襯底,在釋放預(yù)拉伸應(yīng)變的收縮作用下將無機(jī)功能器件整體屈曲,從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)器件具備可延展柔性(A.J. Baca,J.H.Ahn,Y. G. Sun?M. A. Meitl?E. Menard? H. S. Kim?ff. M. Choi?D. H. Kim? Y. Huang? J. A. Rogers? Angew.Chem. Int. Ed.,47, 5524 (2008))。但是此類器件延展性較低,而為了獲取更大延展性往往會將無機(jī)薄膜化整體為局部,并通過導(dǎo)線連接各個(gè)功能部分。此舉會使薄膜在整個(gè)器件中的有效面積減少,進(jìn)而降低器件集成度。因此,如何處理延展性和器件集成度這一對矛盾體成為當(dāng)前柔性太陽能電池發(fā)展面臨的主要問題。

【發(fā)明內(nèi)容】


[0003]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足,本實(shí)用新型提出了基于石墨烯和η-型II-VI族半導(dǎo)體納米線陣列的柔性肖特基太陽能電池,旨在實(shí)現(xiàn)高延展性和高器件集成度的柔性太陽能電池、提高器件對光子的吸收和轉(zhuǎn)換并改善太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率。
[0004]為實(shí)現(xiàn)上述目的,本實(shí)用新型提出的基于石墨烯和η-型II-VI族半導(dǎo)體納米線陣列的柔性肖特基太陽能電池,包括一層柔性襯底(1),所述柔性襯底(1)上設(shè)有石墨烯層
(2),所述石墨烯層(2)上生長有η-型II-VI族半導(dǎo)體納米線(3)垂直陣列結(jié)構(gòu),所述石墨烯層⑵與所述η-型II-VI族半導(dǎo)體納米線(3)陣列形成肖特基結(jié),所述η-型II-VI族半導(dǎo)體納米線(3)陣列縫隙中設(shè)有PMMA(PolymethylMethacrylate,聚甲基丙稀酸甲酯)絕緣層(4),所述η-型II-VI族半導(dǎo)體納米線(3)陣列頭部裸露在所述PMMA絕緣層(4)之外,所述ΡΜΜΑ絕緣層(4)之上設(shè)有網(wǎng)狀金屬鋁電極(5),所述石墨烯層(2)裸露一側(cè)之上設(shè)有金/鈦電極(6)。
[0005]作為優(yōu)選,所述柔性襯底⑴為PET (Polyethylene terephthalate,聚對苯二甲酸乙二醇酯)、PDMS (Polydimethylsiloxane,聚二甲基娃氧燒)、PEN(polyethylenenaphthalate,聚萘二甲酸乙二醇酯)或PI (Polyimide,聚酰亞胺)。
[0006]作為優(yōu)選,所述的石墨烯層(2)為單層或數(shù)層石墨烯。
[0007]作為優(yōu)選,所述的η-型II-VI族半導(dǎo)體納米線(3)為η-型ZnSe,ZnS,ZnTe,CdSe,CdS或CdTe納米線;所述的η-型II-VI族半導(dǎo)體納米線⑶的直徑為100-500nm,長度為
10-20 μ m ;所述的η-型II-VI族半導(dǎo)體納米線(3)的摻雜濃度為1017-1019cm 3。
[0008]作為優(yōu)選,所述石墨烯層(2)與所述η-型II-VI族半導(dǎo)體納米線(3)陣列形成肖特基結(jié)。
[0009]作為優(yōu)選,所述PMMA絕緣層(4)的厚度為9. 9-19. 9 μ m。
[0010]作為優(yōu)選,所述網(wǎng)狀金屬鋁電極(5)形狀為正方形網(wǎng)格狀;所述網(wǎng)狀金屬鋁電極(5)厚度為 100_200nm,寬度為 3-5 μ m〇
[0011]作為優(yōu)選,所述金/鈦電極(6)中金層的厚度為100_200nm,鈦層的厚度為
5-10nm,金層在上,鈦層在下。
[0012]與現(xiàn)有技術(shù)相比,本實(shí)用新型具有以下有益結(jié)果:
[0013]1.本實(shí)用新型中,由于η-型II-VI族半導(dǎo)體納米線與石墨烯極小的接觸面積以及石墨烯本身具有的柔性潛質(zhì)(在彎曲、伸縮、擠壓等機(jī)械形變下仍可保持結(jié)構(gòu)和性能的穩(wěn)定性)等原因使得器件具有極好的延展性,此外II-VI族半導(dǎo)體納米線陣列結(jié)構(gòu)有效的增加了器件密度,因而克服了傳統(tǒng)柔性太陽能電池延展性和集成度不能兼得的缺點(diǎn)。
[0014]2.本實(shí)用新型中,器件結(jié)構(gòu)簡單;η-型II-VI族半導(dǎo)體納米線陣列可以增強(qiáng)器件的陷光能力,提高光子的吸收和轉(zhuǎn)化能力;石墨烯層與η-型II-VI族半導(dǎo)體納米線陣列形成肖特基結(jié),可以有效增強(qiáng)結(jié)區(qū)對光生載流子的分離能力。
【附圖說明】

[0015]圖1是本實(shí)用新型的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖2是本實(shí)用新型在彎曲狀態(tài)下的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】

[0017]實(shí)施例1 :
[0018]本實(shí)施例的柔性肖特基太陽能電池包含柔性襯底(1)、石墨烯層(2)、η-型II-VI族半導(dǎo)體納米線(3)垂直陣列結(jié)構(gòu)、ΡΜΜΑ絕緣層(4)、網(wǎng)狀金屬鋁電極(5)、金/鈦電極(6),其中柔性襯底(1)上設(shè)有石墨烯層(2),石墨烯層(2)上生長有η-型II-VI族半導(dǎo)體納米線(3)垂直陣列結(jié)構(gòu),石墨烯層⑵與η-型II-VI族半導(dǎo)體納米線(3)陣列形成肖特基結(jié);η-型II-VI族半導(dǎo)體納米線(3)陣列縫隙中設(shè)有ΡΜΜΑ絕緣層(4) ;η-型II-VI族半導(dǎo)體納米線(3)陣列頭部裸露在PMMA絕緣層(4)之外,PMMA絕緣層(4)之上設(shè)有網(wǎng)狀金屬鋁電極(5);石墨烯層⑵裸露一側(cè)之上設(shè)有金/鈦電極(6)。所述柔性襯底(1)ΡΙ ;所述的石墨烯層⑵為多層;所述的η-型II-VI族半導(dǎo)體納米線⑶為η-型CdTe納米線;所述的η-型II-VI族半導(dǎo)體納米線⑶的直徑為300nm,長度為20 μ m ;所述的η-型II-VI族半導(dǎo)體納米線(3)的摻雜濃度為9. 2X 10lscm 3;所述石墨稀層(2)與所述η-型II-VI族半導(dǎo)體納米線(3)陣列形成肖特基結(jié);所述PMMA絕緣層(4)的厚度為19.9 μπι;所述網(wǎng)狀金屬鋁電極(5)形狀為正方形網(wǎng)格狀;所述網(wǎng)狀金屬鋁電極(5)厚度為150n
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