一种金刚石薄膜太阳能电池及其制备方法

摘要

本发明涉及到一种空间能源技术领域的太阳能电池，具体涉及到一种应用特殊结构金刚石薄膜的太阳能电池及其制备方法。这种金刚石薄膜太阳能电池的主要结构包括阴极和阳极：阴极结构是：在晶体硅表面大量均匀分布的小孔内的尺寸为3～4μm的金字塔形金刚石小锥体，和金属层组合形成阴极，阴极背面加上一层黑体吸热材料，利用平板金属作为阳极。太阳能电池的工作原理是，利用聚光装置，将太阳光会聚到阴极背面的黑体吸热材料上，将阴极加热到1000℃以上，使大量电子从小锥体的尖端发射出来，在外加电场的作用下，电子流向金属阳极形成电流。本发明涉及到的金刚石薄膜电池，光电转换效率可以提升至50％，可承受500℃以上的高温而不损坏，并耐空间辐射。

主权项

一种金刚石薄膜太阳能电池的制备方法，其特征在于通过以下步骤实现：(1)利用化学刻蚀方法或者激光直写方法，在硅基底的表面加工出大量均匀分布的、直径为5μm的小孔，孔深度为4～5μm，小孔在硅基底表面呈正方形排列，孔间距为10μm，每cm2面积上的小孔数量在千万量级；(2)利用微波等离子体化学气相沉积方法(MPECVD)，在硅基底上生长金刚石薄膜，工作气体为氢气(H2)、甲烷(CH4)和氧气(O2)；沉积参数为：基片温度1000℃，微波功率3.5kW，沉积室气压5kPa，氢气流量200sccm，甲烷流量8sccm，氧气流量1sccm；小孔内就会生长出金字塔形的金刚石小锥体，控制生长时间，可以改变小锥体的尺度，使锥体底边尺寸控制在3～4μm范围；(3)在生长有金字塔形金刚石小锥体的硅基底背面加上金属层作为阴极，金属层上再加一层黑体吸热材料，和金属阳极组合，工作时在两极间加上电场，构成金刚石薄膜太阳能电池。