一種摻雜型光伏薄膜材料的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種摻雜型光伏薄膜材料，在n型Si基片上依次設(shè)置有碳摻雜二氧化硅層和無(wú)缺陷摻雜型石墨烯層，形成具有光伏和光電導(dǎo)效應(yīng)的摻雜型光伏薄膜材料。本發(fā)明制備的光伏薄膜材料具有良好的半導(dǎo)體性質(zhì)，成本低，能夠持續(xù)大規(guī)模生產(chǎn)，用于太陽(yáng)能電池等眾多領(lǐng)域。
【專利說(shuō)明】
一種摻雜型光伏薄膜材料
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于薄膜太陽(yáng)能電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種摻雜型光伏薄膜材料。
【背景技術(shù)】
[0002]世界經(jīng)濟(jì)的現(xiàn)代化，得益于化石能源，如石油、天然氣與煤炭的廣泛的投入應(yīng)用。因而它是建筑在化石能源基礎(chǔ)之上的一種經(jīng)濟(jì)。然而，由于這一經(jīng)濟(jì)的資源載體將在21世紀(jì)迅速地接近枯竭。因此開發(fā)和利用新的能源迫在眉睫。
[0003]太陽(yáng)能電池是通過(guò)光電效應(yīng)或者光化學(xué)效應(yīng)直接把光能轉(zhuǎn)化成電能的裝置。1839年，光生伏特效應(yīng)第一次由法國(guó)物理學(xué)家A.E.Becquerel發(fā)現(xiàn)。1883年第一塊太陽(yáng)能電池由Charles.Fritts制備成功。Charles用鍺半導(dǎo)體上覆上一層極薄的金層形成半導(dǎo)體金屬結(jié)，器件只有1%的效率。1946年Russell.0hl申請(qǐng)了現(xiàn)代太陽(yáng)能電池的制造專利。到了 1950年代，隨著半導(dǎo)體物性的逐漸了解，以及加工技術(shù)的進(jìn)步，1954年當(dāng)美國(guó)的貝爾實(shí)驗(yàn)室在用半導(dǎo)體做實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在硅中摻入一定量的雜質(zhì)后對(duì)光更加敏感這一現(xiàn)象后，第一個(gè)太陽(yáng)能電池1954年在貝爾實(shí)驗(yàn)室誕生。太陽(yáng)能電池技術(shù)的時(shí)代終于到來(lái)。
[0004]太陽(yáng)能電池根據(jù)所用材料的不同，太陽(yáng)能電池還可分為:硅太陽(yáng)能電池、多元化合物薄膜太陽(yáng)能電池、聚合物多層修飾電極型太陽(yáng)能電池、納米晶太陽(yáng)能電池、有機(jī)太陽(yáng)能電池、塑料太陽(yáng)能電池等。
[0005]然而，該類材料仍然需要提高光電轉(zhuǎn)化效率，降低制備材料的成本，例如CuInGaSe[CIGS]中的銦和鎵在地球儲(chǔ)備含量中非常稀少，如果進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)，勢(shì)必會(huì)顯著影響其生產(chǎn)結(jié)構(gòu)、成本和價(jià)格以及整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈可持續(xù)發(fā)展的周期等。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種摻雜型光伏薄膜材料，本發(fā)明制備的光伏薄膜材料具有良好的半導(dǎo)體性質(zhì)，成本低，能夠持續(xù)大規(guī)模生產(chǎn)，用于太陽(yáng)能電池等眾多領(lǐng)域。
[0007]—種摻雜型光伏薄膜材料，在η型Si基片上依次設(shè)置有碳摻雜二氧化硅層和無(wú)缺陷摻雜型石墨烯層，形成具有光伏和光電導(dǎo)效應(yīng)的摻雜型光伏薄膜材料。
[0008]所述摻雜型光伏薄膜材料的制備方法，其步驟如下:
步驟1，配置二氧化硅電泳液:將納米二氧化硅、分散劑和醇溶液進(jìn)行混合，超聲分散得到電泳液；
步驟2，二氧化硅薄膜沉積:將電泳液沉積到η型Si基片上，得到二氧化硅薄膜層；
步驟3，碳摻雜二氧化硅層:在二氧化硅薄膜層表面進(jìn)附涂活性炭薄涂層，高溫?zé)Y(jié)，得到二氧化硅與碳化硅的混合層；
步驟4，石墨烯鍍膜:在碳摻雜二氧化硅層表面旋轉(zhuǎn)涂抹石墨烯膜層；
步驟5，石墨烯摻雜:在氣體保護(hù)下，石墨烯膜層與三氯化硼經(jīng)升溫高壓反應(yīng)，得到硼摻雜石墨烯；
步驟6，石墨烯缺陷修復(fù):將步驟5中的材料放置在甲胺氣體條件下，加壓加熱，反應(yīng)后得到摻雜型光伏薄膜材料。
[0009]所述步驟I中的納米二氧化硅、分散劑和醇溶液的配比為納米二氧化硅10-20份、分散劑3-5份和醇溶液50-75份。
[0010]所述分散劑采用聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酰胺或聚乙烯蠟中的一種，所述納米二氧化硅的粒徑為50-200nm，所述醇溶液采用C2-C5低分子醇。
[0011]所述步驟I中的超聲頻率為5-12MHz，超聲時(shí)間為20-30min。
[0012]所述步驟2中的沉積的電流強(qiáng)度為2-20mA，沉積時(shí)間為10-30s。
[0013]所述步驟3中的涂覆采用旋轉(zhuǎn)涂覆法，高溫?zé)Y(jié)溫度為200-400°C，燒結(jié)時(shí)間為3-8h ；所述活性炭涂膜液采用活性炭濃度為0.1-0.8mg/L的無(wú)水乙醇溶液，所述活性炭加載量是二氧化硅含量的1_3%。
[OOM]所述步驟4中的石墨稀膜層厚度為0.1-10μηι，所述石墨稀鍍膜液采用氧化石墨稀溶液提拉后氧化還原反應(yīng)制得。
[0015]所述提拉速度為600mm/min，停留時(shí)間為5s，提拉次數(shù)為10-15次，氧化石墨烯溶液的濃度為l_1.9g/L。
[0016]所述氧化還原反應(yīng)是在水浴中與石墨稀質(zhì)量的0.01%的水合肼回流反應(yīng)12-18h。
[0017]所述步驟5中的高溫為400-600°(:，高壓為1-3.2MPa，保護(hù)氣為氮?dú)饣蚨栊詺怏w。
[0018]所述步驟6中的壓力為0.3-0.8MPa，溫度為150-200 °C，反應(yīng)時(shí)間為3_6h。
[0019]所述步驟6中的反應(yīng)結(jié)束后采用蒸餾水進(jìn)行清洗，然后50_70°C烘干。
[0020]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果:
1、本發(fā)明制備的光伏薄膜材料具有良好的半導(dǎo)體性質(zhì)，成本低，能夠持續(xù)大規(guī)模生產(chǎn)，用于太陽(yáng)能電池等眾多領(lǐng)域。
[0021]2、本發(fā)明光電轉(zhuǎn)化率可以達(dá)到大規(guī)模商用化的光電轉(zhuǎn)化率標(biāo)準(zhǔn)。
[0022]3、本發(fā)明采用碳化硅與石墨烯相連接，大大提高了氧化硅層與石墨烯之間連接緊密性，增加粘附度。
[0023]4、本發(fā)明采用硼摻雜的無(wú)缺陷石墨烯膜層，不僅增加了石墨烯的傳導(dǎo)穩(wěn)定性，也降低片層間的團(tuán)聚，大大提高了表面儲(chǔ)能性能。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步描述:
實(shí)施例1
一種摻雜型光伏薄膜材料，在η型Si基片上依次設(shè)置有碳摻雜二氧化硅層和無(wú)缺陷摻雜型石墨烯層，形成具有光伏和光電導(dǎo)效應(yīng)的摻雜型光伏薄膜材料。
[0025]所述摻雜型光伏薄膜材料的制備方法，其步驟如下:
步驟1，配置二氧化硅電泳液:將納米二氧化硅、分散劑和醇溶液進(jìn)行混合，超聲分散得到電泳液；
步驟2，二氧化硅薄膜沉積:將電泳液沉積到η型Si基片上，得到二氧化硅薄膜層；
步驟3，碳摻雜二氧化硅層:在二氧化硅薄膜層表面進(jìn)附涂活性炭薄涂層，高溫?zé)Y(jié)，得到二氧化硅與碳化硅的混合層；
步驟4，石墨烯鍍膜:在碳摻雜二氧化硅層表面旋轉(zhuǎn)涂抹石墨烯膜層； 步驟5，石墨烯摻雜:在氣體保護(hù)下，石墨烯膜層與三氯化硼經(jīng)升溫高壓反應(yīng)，得到硼摻雜石墨烯；
步驟6，石墨烯缺陷修復(fù):將步驟5中的材料放置在甲胺氣體條件下，加壓加熱，反應(yīng)后得到摻雜型光伏薄膜材料。
[0026]所述步驟I中的納米二氧化硅、分散劑和醇溶液的配比為納米二氧化硅10份、分散劑3份和醇溶液50份。
[0027]所述分散劑采用聚乙烯吡咯烷酮，所述納米二氧化硅的粒徑為50nm，所述醇溶液米用乙醇。
[0028]所述步驟I中的超聲頻率為5MHz，超聲時(shí)間為20min。
[0029 ] 所述步驟2中的沉積的電流強(qiáng)度為2mA，沉積時(shí)間為I Os。
[0030]所述步驟3中的涂覆采用旋轉(zhuǎn)涂覆法，高溫?zé)Y(jié)溫度為2000C，燒結(jié)時(shí)間為3_8h;所述活性炭涂膜液采用活性炭濃度為0.lmg/L的無(wú)水乙醇溶液，所述活性炭加載量是二氧化娃含量的1%。
[0031]所述步驟4中的石墨稀膜層厚度為0.Ιμπι，所述石墨稀鍍膜液采用氧化石墨稀溶液提拉后氧化還原反應(yīng)制得。
[0032]所述提拉速度為600mm/min，停留時(shí)間為5s，提拉次數(shù)為10次，氧化石墨烯溶液的濃度為lg/L。
[0033 ]所述氧化還原反應(yīng)是在水浴中與石墨稀質(zhì)量的0.01%的水合肼回流反應(yīng)12h。
[0034]所述步驟5中的高溫為400°C，高壓為IMPa，保護(hù)氣為氮?dú)狻?br>[0035]所述步驟6中的壓力為0.3MPa，溫度為150 °C，反應(yīng)時(shí)間為3h。
[0036]所述步驟6中的反應(yīng)結(jié)束后采用蒸餾水進(jìn)行清洗，然后50°C烘干。
[0037]實(shí)施例2
一種摻雜型光伏薄膜材料，在η型Si基片上依次設(shè)置有碳摻雜二氧化硅層和無(wú)缺陷摻雜型石墨烯層，形成具有光伏和光電導(dǎo)效應(yīng)的摻雜型光伏薄膜材料。
[0038]所述摻雜型光伏薄膜材料的制備方法，其步驟如下:
步驟1，配置二氧化硅電泳液:將納米二氧化硅、分散劑和醇溶液進(jìn)行混合，超聲分散得到電泳液；
步驟2，二氧化硅薄膜沉積:將電泳液沉積到η型Si基片上，得到二氧化硅薄膜層；
步驟3，碳摻雜二氧化硅層:在二氧化硅薄膜層表面進(jìn)附涂活性炭薄涂層，高溫?zé)Y(jié)，得到二氧化硅與碳化硅的混合層；
步驟4，石墨烯鍍膜:在碳摻雜二氧化硅層表面旋轉(zhuǎn)涂抹石墨烯膜層；
步驟5，石墨烯摻雜:在氣體保護(hù)下，石墨烯膜層與三氯化硼經(jīng)升溫高壓反應(yīng)，得到硼摻雜石墨烯；
步驟6，石墨烯缺陷修復(fù):將步驟5中的材料放置在甲胺氣體條件下，加壓加熱，反應(yīng)后得到摻雜型光伏薄膜材料。
[0039]所述步驟I中的納米二氧化硅、分散劑和醇溶液的配比為納米二氧化硅20份、分散劑5份和醇溶液75份。
[0040]所述分散劑采用聚丙烯酰胺，所述納米二氧化硅的粒徑為200nm，所述醇溶液采用異丙醇。[0041 ] 所述步驟I中的超聲頻率為12MHz，超聲時(shí)間為30min。
[0042 ] 所述步驟2中的沉積的電流強(qiáng)度為20mA，沉積時(shí)間為30s。
[0043]所述步驟3中的涂覆采用旋轉(zhuǎn)涂覆法，高溫?zé)Y(jié)溫度為4000C，燒結(jié)時(shí)間為3_8h;所述活性炭涂膜液采用活性炭濃度為0.8mg/L的無(wú)水乙醇溶液，所述活性炭加載量是二氧化硅含量的3%。
[0044]所述步驟4中的石墨稀膜層厚度為ΙΟμπι，所述石墨稀鍍膜液采用氧化石墨稀溶液提拉后氧化還原反應(yīng)制得。
[0045]所述提拉速度為600mm/min，停留時(shí)間為5s，提拉次數(shù)為15次，氧化石墨烯溶液的濃度為1.9g/L。
[0046]所述氧化還原反應(yīng)是在水浴中與石墨稀質(zhì)量的0.01%的水合肼回流反應(yīng)18h。
[0047]所述步驟5中的高溫為600°C，高壓為3.2MPa，保護(hù)氣為氖氣。
[0048]所述步驟6中的壓力為0.8MPa，溫度為200°C，反應(yīng)時(shí)間為6h。
[0049]所述步驟6中的反應(yīng)結(jié)束后采用蒸餾水進(jìn)行清洗，然后70°C烘干。
[0050]實(shí)施例3
一種摻雜型光伏薄膜材料，在η型Si基片上依次設(shè)置有碳摻雜二氧化硅層和無(wú)缺陷摻雜型石墨烯層，形成具有光伏和光電導(dǎo)效應(yīng)的摻雜型光伏薄膜材料。
[0051 ]所述摻雜型光伏薄膜材料的制備方法，其步驟如下:
步驟1，配置二氧化硅電泳液:將納米二氧化硅、分散劑和醇溶液進(jìn)行混合，超聲分散得到電泳液；
步驟2，二氧化硅薄膜沉積:將電泳液沉積到η型Si基片上，得到二氧化硅薄膜層；
步驟3，碳摻雜二氧化硅層:在二氧化硅薄膜層表面進(jìn)附涂活性炭薄涂層，高溫?zé)Y(jié)，得到二氧化硅與碳化硅的混合層；
步驟4，石墨烯鍍膜:在碳摻雜二氧化硅層表面旋轉(zhuǎn)涂抹石墨烯膜層；
步驟5，石墨烯摻雜:在氣體保護(hù)下，石墨烯膜層與三氯化硼經(jīng)升溫高壓反應(yīng)，得到硼摻雜石墨烯；
步驟6，石墨烯缺陷修復(fù):將步驟5中的材料放置在甲胺氣體條件下，加壓加熱，反應(yīng)后得到摻雜型光伏薄膜材料。
[0052]所述步驟I中的納米二氧化硅、分散劑和醇溶液的配比為納米二氧化硅16份、分散劑4份和醇溶液60份。
[0053]所述分散劑采用聚乙烯蠟，所述納米二氧化硅的粒徑為lOOnm，所述醇溶液采用正戊醇。
[0054]所述步驟I中的超聲頻率為1MHz，超聲時(shí)間為25min。
[0055]所述步驟2中的沉積的電流強(qiáng)度為13mA，沉積時(shí)間為18s。
[0056]所述步驟3中的涂覆采用旋轉(zhuǎn)涂覆法，高溫?zé)Y(jié)溫度為350°C，燒結(jié)時(shí)間為6h;所述活性炭涂膜液采用活性炭濃度為0.6mg/L的無(wú)水乙醇溶液，所述活性炭加載量是二氧化娃含量的1.1%。
[0057 ]所述步驟4中的石墨稀膜層厚度為5μηι，所述石墨稀鍍膜液采用氧化石墨稀溶液提拉后氧化還原反應(yīng)制得。
[0058]所述提拉速度為600mm/min，停留時(shí)間為5s，提拉次數(shù)為12次，氧化石墨烯溶液的濃度為1.7g/L。
[0059 ]所述氧化還原反應(yīng)是在水浴中與石墨稀質(zhì)量的0.01%的水合肼回流反應(yīng)17h。
[0060]所述步驟5中的高溫為480°C，高壓為2.4 MPa，保護(hù)氣為氮?dú)饣蚨栊詺怏w。
[0061 ] 所述步驟6中的壓力為0.6MPa，溫度為180 °C，反應(yīng)時(shí)間為4h。
[0062]所述步驟6中的反應(yīng)結(jié)束后采用蒸餾水進(jìn)行清洗，然后55°C烘干。
[0063]本實(shí)施例1-3所制備的光伏薄膜材料，只需加上較小的測(cè)試反偏壓即有非常靈敏的光電導(dǎo)效應(yīng)，黑暗條件下和100mW/cm2(AM 1.5)的模擬太陽(yáng)光照條件下探測(cè)到暗電阻和光電阻之比達(dá)400倍以上。從制備工藝角度講，薄膜制備的整個(gè)過(guò)程安全方便，且符合環(huán)保要求。
[0064]以上所述僅為本發(fā)明的實(shí)施例，并不限制本發(fā)明，凡采用等同替換或等效變換的方式所獲得的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種摻雜型光伏薄膜材料，其特征在于，在η型Si基片上依次設(shè)置有碳摻雜二氧化硅層和無(wú)缺陷摻雜型石墨烯層，形成具有光伏和光電導(dǎo)效應(yīng)的摻雜型光伏薄膜材料。2.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的一種摻雜型光伏薄膜材料，其特征在于，所述摻雜型光伏薄膜材料的制備方法，其步驟如下: 步驟I，配置二氧化硅電泳液:將納米二氧化硅、分散劑和醇溶液進(jìn)行混合，超聲分散得到電泳液； 步驟2，二氧化硅薄膜沉積:將電泳液沉積到η型Si基片上，得到二氧化硅薄膜層； 步驟3，碳摻雜二氧化硅層:在二氧化硅薄膜層表面進(jìn)附涂活性炭薄涂層，高溫?zé)Y(jié)，得到二氧化硅與碳化硅的混合層； 步驟4，石墨烯鍍膜:在碳摻雜二氧化硅層表面旋轉(zhuǎn)涂抹石墨烯膜層； 步驟5，石墨烯摻雜:在氣體保護(hù)下，石墨烯膜層與三氯化硼經(jīng)升溫高壓反應(yīng)，得到硼摻雜石墨烯； 步驟6，石墨烯缺陷修復(fù):將步驟5中的材料放置在甲胺氣體條件下，加壓加熱，反應(yīng)后得到摻雜型光伏薄膜材料。3.根據(jù)權(quán)利要求書2所述的一種摻雜型光伏薄膜材料，其特征在于，所述步驟I中的納米二氧化硅、分散劑和醇溶液的配比為納米二氧化硅10-20份、分散劑3-5份和醇溶液50-75份;所述分散劑采用聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酰胺或聚乙烯蠟中的一種，所述納米二氧化硅的粒徑為50-200nm，所述醇溶液采用C2-C5低分子醇。4.根據(jù)權(quán)利要求書2所述的一種摻雜型光伏薄膜材料，其特征在于，所述步驟I中的超聲頻率為5-12MHz，超聲時(shí)間為20-30min。5.根據(jù)權(quán)利要求書2所述的一種摻雜型光伏薄膜材料，其特征在于，所述步驟2中的沉積的電流強(qiáng)度為2_20mA，沉積時(shí)間為10_30s。6.根據(jù)權(quán)利要求書2所述的一種摻雜型光伏薄膜材料，其特征在于，所述步驟3中的涂覆采用旋轉(zhuǎn)涂覆法，高溫?zé)Y(jié)溫度為200-400°C，燒結(jié)時(shí)間為3-8h;所述活性炭涂膜液采用活性炭濃度為0.1-0.8mg/L的無(wú)水乙醇溶液，所述活性炭加載量是二氧化硅含量的1-3%。7.根據(jù)權(quán)利要求書2所述的一種摻雜型光伏薄膜材料，其特征在于，所述步驟4中的石墨烯膜層厚度為0.1-10μπι，所述石墨烯鍍膜液采用氧化石墨烯溶液提拉后氧化還原反應(yīng)制得;所述提拉速度為600mm/min，停留時(shí)間為5s，提拉次數(shù)為10_15次，氧化石墨稀溶液的濃度為1-1.9g/L;所述氧化還原反應(yīng)是在水浴中與石墨稀質(zhì)量的0.01%的水合肼回流反應(yīng)12-18h08.根據(jù)權(quán)利要求書2所述的一種摻雜型光伏薄膜材料，其特征在于，所述步驟5中的高溫為400-600°(:，高壓為1-3.2 MPa，保護(hù)氣為氮?dú)饣蚨栊詺怏w。9.根據(jù)權(quán)利要求書2所述的一種摻雜型光伏薄膜材料，其特征在于，所述步驟6中的壓力為0.3-0.8MPa，溫度為150-200 °C，反應(yīng)時(shí)間為3_6h。10.根據(jù)權(quán)利要求書2所述的一種摻雜型光伏薄膜材料，其特征在于，所述步驟6中的反應(yīng)結(jié)束后采用蒸餾水進(jìn)行清洗，然后50-70 0C烘干。
【文檔編號(hào)】H01L31/18GK106024935SQ201610651872
【公開日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年8月11日
【發(fā)明人】方澤波
【申請(qǐng)人】紹興文理學(xué)院