[发明专利]一种石墨烯/MoS2/Si异质结薄膜太阳能电池及其制备方法

摘要

本发明涉及一种石墨烯/MoS2/Si 异质结薄膜太阳能电池及其制备方法。采用气体携载液相MoS2分子的化学气相沉积方法，能较好控制流量和反应速度，得到超薄的、大面积均匀、表面平整粗糙度很小的MoS2薄膜，有效减小了p‑MoS2/n‑Si异质结的界面特型，减小漏电流，提高太阳能电池的光电转换效率。利用化学气相沉积方法得到的大面积均匀、透明性和导电性良好的石墨烯薄膜作为透明导电电极，MoS2/Si 异质结对光生电子、空穴有很强的收集作用，提高了太阳能电池的光伏效应和转换效率。本发明提供的太阳能电池在100 mW白光照射下，其开路电压达到0.98V，短路电流达到4.6 mA,光能转换效率达到4.5%。

主权项

一种石墨烯/MoS2/Si 异质结薄膜太阳能电池的制备方法，其特征在于包括如下步骤：（1）衬底清洗：以n‑Si (111)片为衬底，用稀HF酸浸泡去除Si表面的二氧化硅，再依次用丙酮、乙醇、去离子水超声波清洗，去除硅片上的有机物，用氮气吹干，放入石英管进行沉积处理；石英管的真空度为10‑2 Pa, 加热到300℃维持10分钟，以去除硅片表面的水汽； （2）MoS2薄膜制备：将石英管加热到500～600℃，用氩气作为携载气体，通入以稀硫酸为溶剂的MoS2溶液，在所述的MoS2溶液中加入Al(NO3)3溶液，以Al(NO3)3作为Al掺杂剂对MoS2进行p型掺杂，按质量比，MoS2：Al(NO3)3为 1:20～1:50 ；气携载MoS2和Al(NO3)3 进入石英管在n‑Si (111)片进行吸附、成核和生长5～10分钟后，将石英管升温到950℃进行退火处理，退火时间为20～40分钟，得到MoS2/Si pn结；（3）将石英管温度维持在950℃，甲烷分解为碳原子和氢气，在氩气10～30 sccm流量的气相输运作用下碳原子到达已形成的MoS2/Si pn结的MoS2表面并被吸附到表面，在衬底表面迁移后在衬底表面成核，再通过范德瓦尔斯吸引力吸引其它碳原子，并与成键的碳原子形成六角网状结构的石墨烯薄膜；（4）对n‑Si (111)片的下表面蒸镀铝电极，形成太阳能电池的阴极，得到一种石墨烯/MoS2/Si异质结太阳能电池。