本發(fā)明屬于太陽能電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種碲化鎘薄膜太陽能電池以及碲化鎘薄膜太陽能電池中鎂摻雜石墨烯鈍化層的制備方法。
背景技術(shù)：
石墨烯是由sp2雜化單層碳原子構(gòu)成的二維平面晶體，一層石墨烯的厚度為一個碳原子。石墨烯具有優(yōu)異的機(jī)械性能，其化學(xué)、熱力學(xué)性能穩(wěn)定，此外，石墨烯擁有良好的熱導(dǎo)率(5000Wm-1K-1)、透光性(97.7％)、導(dǎo)電性和極高的載流子遷移率10000cm2V-1s-1，成本低且柔韌易彎曲。當(dāng)石墨烯沉積在金屬薄膜上時，它可以抑制金屬材料被氧化。將石墨烯置于不同的薄膜之間，可以起到鈍化的作用，阻止了不同薄膜之間原子或離子的互擴(kuò)散。
在碲化鎘薄膜太陽能電池中，碲化鎘薄膜的功函數(shù)為5.5eV，為了避免形成肖特基勢壘，同時為了形成歐姆接觸，普遍與碲化鎘薄膜接觸的金屬背電極層的功函數(shù)需要大于5.5eV。然而，只有少數(shù)金屬的功函數(shù)是大于5.5eV。通常解決這個問題的方案是在碲化鎘薄膜和背電極層中間增加一層0.3-5nm的銅薄膜或是增加一層摻雜有銅離子的緩沖層。當(dāng)適量的金屬銅擴(kuò)散進(jìn)入碲化鎘薄膜后，在碲化鎘表面形成了一層CuxTe過渡層。這個過渡層上產(chǎn)生了可以將在碲化鎘薄膜中空穴從碲化鎘傳輸?shù)奖畴姌O的隧道。另外，銅在碲化鎘薄膜中的擴(kuò)散增加了碲化鎘薄膜的摻雜濃度，巨大地減小了碲化鎘薄膜的電阻，將碲化鎘薄膜太陽能電池的光轉(zhuǎn)換效率從0.9％提高到6.8％。但是，由于銅活潑的性質(zhì)，銅在碲化鎘中的過度擴(kuò)散，甚至擴(kuò)散到了碲化鎘和硫化鎘的界面，導(dǎo)致了復(fù)合中心和分流電路的形成，使得太陽能電池的退化速率急劇加快。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明目的是：提供一種碲化鎘薄膜太陽能電池以及碲化鎘薄膜太陽能電池中鎂摻雜石墨烯鈍化層的制備方法，該鎂摻雜石墨烯鈍化層具有和碲化鎘吸收層接近的功函數(shù)，有益于對碲化鎘吸收層中產(chǎn)生的空穴的收集和傳輸，同時還保留了石墨烯優(yōu)良的電學(xué)性能，能夠很好地抑制相鄰的金屬材料被氧化，也可以作為鈍化層，阻止不同薄層之間原子或離子的擴(kuò)散，有效地阻止了銅的擴(kuò)散，有效降低太陽能電池的退化速率。
本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種碲化鎘薄膜太陽能電池，包括自下而上依次設(shè)置的玻璃襯底、金屬背電極層，第一擴(kuò)散阻擋層、低電阻接觸層，鎂摻雜石墨烯鈍化層、碲化鎘吸收層、硫化鎘窗口層、氟化石墨烯高阻層、透明導(dǎo)電氧化物層、第二擴(kuò)散阻擋層以及背支撐基板。
作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述金屬背電極層的金屬為金，鉬，鎳或銀。
作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述低電阻接觸層為CuxTe層。
作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述鎂摻雜石墨烯鈍化層為p型鎂摻雜石墨烯薄膜。
作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述鎂摻雜石墨烯鈍化層以及氟化石墨烯高阻層的厚度均為5～15nm。
作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述第一擴(kuò)散阻擋層材質(zhì)為TiNx，所述第二擴(kuò)散阻擋層材質(zhì)為氧化硅或氮化硅。
一種碲化鎘薄膜太陽能電池中鎂摻雜石墨烯鈍化層的制備方法，包括以下步驟：
步驟1)：以銅箔作為催化劑，依次使用異丙醇、丙酮、三氯化鐵和鹽酸混合水溶液、去離子水超聲波清洗銅箔，再將銅箔放在石英片上并置于管式爐中央，然后將鎂源放入反應(yīng)室；
步驟2)：在氫氣和氬氣混合氣氛保護(hù)下加溫達(dá)到900～1100℃后退火，退火時間為10～60mins，然后通入碳源甲烷和待摻雜元素進(jìn)行p型摻雜鎂摻雜石墨烯薄膜沉積，溫度不變，沉積時間為10～60mins，然后自然冷卻至室溫，得到在銅箔上生長的p型鎂摻雜石墨烯薄膜；
步驟3)：在上述p型鎂摻雜石墨烯薄膜一側(cè)涂上聚甲基丙烯酸甲酯，將覆有銅箔襯底和轉(zhuǎn)移襯底的p型鎂摻雜石墨烯薄膜放入三氯化鐵中腐蝕銅箔，再將帶有轉(zhuǎn)移襯底的p型鎂摻雜石墨烯薄膜放入丙酮中去除聚甲基丙烯酸甲酯，最終得到鎂摻雜石墨烯鈍化層。
作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述鎂源為鎂單質(zhì)。
作為優(yōu)選的技術(shù)方案，步驟2)中所述氫氣的體積流量為50～200sccm；
所述氬氣的體積流量為100～500sccm；所述碳源甲烷的體積流量為1～200sccm。
本發(fā)明的優(yōu)點是：
1.本發(fā)明的鎂摻雜石墨烯鈍化層不僅增加了載流子濃度，并提高了石墨烯的導(dǎo)電性，而且還具有和碲化鎘吸收層接近的功函數(shù)，有益于形成歐姆接觸，避免形成肖特基勢壘，同時有益于收集和傳輸在碲化鎘吸收層中產(chǎn)生的空穴；
2.本發(fā)明采用鎂摻雜石墨烯鈍化層置于在碲化鎘吸收層和低電阻接觸層之間，保留了石墨烯優(yōu)良的電學(xué)性能的同時，能夠很好地抑制相鄰的金屬材料被氧化，也還可以有效抑制銅從低電阻接觸層擴(kuò)散進(jìn)入碲化鎘薄膜而導(dǎo)致太陽能電池退化；
3.本發(fā)明的鎂摻雜石墨烯鈍化層可以作為鈍化層，阻止不同薄層之間原子或離子的擴(kuò)撒，并有效抑制低電阻接觸層中銅離子擴(kuò)散進(jìn)入碲化鎘薄膜；
4.本發(fā)明的鎂摻雜石墨烯鈍化層厚度很薄，柔韌易彎曲，有良好的熱導(dǎo)率和載流子遷移率等性質(zhì)。
附圖說明
下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步說明：
圖1為本發(fā)明碲化鎘薄膜太陽能電池的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
實施例：參照圖1所示，一種碲化鎘薄膜太陽能電池，包括自下而上依次設(shè)置的玻璃襯底1、金屬背電極層2，第一擴(kuò)散阻擋層3、低電阻接觸層4，鎂摻雜石墨烯鈍化層5、碲化鎘吸收層6、硫化鎘窗口層7、氟化石墨烯高阻層8、透明導(dǎo)電氧化物層9、第二擴(kuò)散阻擋層10以及背支撐基板11，所述金屬背電極層的金屬為金，鉬，鎳或銀，所述低電阻接觸層為CuxTe層，所述鎂摻雜石墨烯鈍化層為p型鎂摻雜石墨烯薄膜，所述鎂摻雜石墨烯鈍化層以及氟化石墨烯高阻層的厚度均為5～15nm，所述第一擴(kuò)散阻擋層材質(zhì)為TiNx，所述第二擴(kuò)散阻擋層材質(zhì)為氧化硅或氮化硅。
實施例1：上述碲化鎘薄膜太陽能電池中鎂摻雜石墨烯鈍化層的制備方法，包括以下步驟：
步驟1)：以銅箔作為催化劑，依次使用異丙醇、丙酮、三氯化鐵和鹽酸混合水溶液、去離子水超聲波清洗銅箔，再將銅箔放在石英片上并置于管式爐中央，然后將鎂源放入反應(yīng)室，其中鎂源為鎂單質(zhì)；
步驟2)：在氫氣(體積流量為200sccm)和氬氣(體積流量為100sccm)混合氣氛保護(hù)下加溫達(dá)到1100℃后退火，退火時間為60mins，然后通入碳源甲烷(體積流量為200sccm)和待摻雜元素進(jìn)行p型摻雜鎂摻雜石墨烯薄膜沉積，溫度不變，沉積時間為10～60mins，然后自然冷卻至室溫，得到在銅箔上生長的p型鎂摻雜石墨烯薄膜；
步驟3)：在上述p型鎂摻雜石墨烯薄膜一側(cè)涂上聚甲基丙烯酸甲酯，將覆有銅箔襯底和轉(zhuǎn)移襯底的p型鎂摻雜石墨烯薄膜放入三氯化鐵中腐蝕銅箔，再將帶有轉(zhuǎn)移襯底的p型鎂摻雜石墨烯薄膜放入丙酮中去除聚甲基丙烯酸甲酯，最終得到鎂摻雜石墨烯鈍化層，其鈍化層厚度為5～15nm。
實施例2：上述碲化鎘薄膜太陽能電池中鎂摻雜石墨烯鈍化層的制備方法，包括以下步驟：
步驟1)：以銅箔作為催化劑，依次使用異丙醇、丙酮、三氯化鐵和鹽酸混合水溶液、去離子水超聲波清洗銅箔，再將銅箔放在石英片上并置于管式爐中央，然后將鎂源放入反應(yīng)室，其中鎂源為鎂單質(zhì)；
步驟2)：在氫氣(體積流量為100sccm)和氬氣(體積流量為500sccm)混合氣氛保護(hù)下加溫達(dá)到1000℃后退火，退火時間為30mins，然后通入碳源甲烷(體積流量為30sccm)和待摻雜元素進(jìn)行p型摻雜鎂摻雜石墨烯薄膜沉積，溫度不變，沉積時間為10～60mins，然后自然冷卻至室溫，得到在銅箔上生長的p型鎂摻雜石墨烯薄膜；
步驟3)：在上述p型鎂摻雜石墨烯薄膜一側(cè)涂上聚甲基丙烯酸甲酯，將覆有銅箔襯底和轉(zhuǎn)移襯底的p型鎂摻雜石墨烯薄膜放入三氯化鐵中腐蝕銅箔，再將帶有轉(zhuǎn)移襯底的p型鎂摻雜石墨烯薄膜放入丙酮中去除聚甲基丙烯酸甲酯，最終得到鎂摻雜石墨烯鈍化層，其鈍化層厚度為5～15nm。
實施例3：上述碲化鎘薄膜太陽能電池中鎂摻雜石墨烯鈍化層的制備方法，包括以下步驟：
步驟1)：以銅箔作為催化劑，依次使用異丙醇、丙酮、三氯化鐵和鹽酸混合水溶液、去離子水超聲波清洗銅箔，再將銅箔放在石英片上并置于管式爐中央，然后將鎂源放入反應(yīng)室，其中鎂源選自三溴化鎂和鎂單質(zhì)中的至少一種；
步驟2)：在氫氣(體積流量為50sccm)和氬氣(體積流量為100sccm)混合氣氛保護(hù)下加溫達(dá)到900℃后退火，退火時間為10mins，然后通入碳源甲烷(體積流量為100sccm)和待摻雜元素進(jìn)行p型摻雜鎂摻雜石墨烯薄膜沉積，溫度不變，沉積時間為10～60mins，然后自然冷卻至室溫，得到在銅箔上生長的p型鎂摻雜石墨烯薄膜；
步驟3)：在上述p型鎂摻雜石墨烯薄膜一側(cè)涂上聚甲基丙烯酸甲酯，將覆有銅箔襯底和轉(zhuǎn)移襯底的p型鎂摻雜石墨烯薄膜放入三氯化鐵中腐蝕銅箔，再將帶有轉(zhuǎn)移襯底的p型鎂摻雜石墨烯薄膜放入丙酮中去除聚甲基丙烯酸甲酯，最終得到鎂摻雜石墨烯鈍化層，其鈍化層厚度為5～15nm。
上述實施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對上述實施例進(jìn)行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。