CN103594630B - 一种硅基有机太阳电池及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种硅基有机太阳电池及其制备方法。从硅衬底到受光面依次为缓冲层、活性层、透明导电薄膜层，其中，正面金属电极位于透明导电薄膜上；背光面覆盖有钝化层，背面金属电极穿过钝化层与硅衬底相连。本发明结合常规晶硅太阳电池和有机薄膜太阳电池的制备方法，相对于传统晶硅太阳电池，制备过程简单，成本降低；相对于传统有机太阳电池，效率得到提高。

Description

一种硅基有机太阳电池及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种硅基电池，具体涉及一种硅基有机太阳电池及其制备方法。
背景技术
太阳能产业的迅速发展需求一种工艺流程简单，光电转化效率高的产业化技术来降低发电成本，达到与市电同价或低于市电电价的目标。
当前常规晶硅电池随着产业化的发展，转换效率提升和成本降低都有了较大的进步，但其结构与技术特点限制了其生产成本的进一步下降。常规薄膜太阳电池由于其生产成本低廉、携带方便、弱光响应好，一直是行业研究的热点，但是其效率较低，并且衰减比较严重，不适合大量和长期使用，一直成为制约其发展的主要因素。
日本三洋电机结合了晶硅太阳电池的和薄膜电池的优点，摒弃了他们的弱点，研发了HIT电池，效率一直很高，并且成为未来高效太阳电池发展的一个主要方向。但是HIT太阳电池对设备和工艺的稳定性要求很高，该类型的太阳电池发展也比较缓慢。
有机薄膜太阳电池已经取得了很大的发展，至今为止，可以通过调节不同成分取得不同带隙的有机薄膜半导体材料，得到不同开压的太阳电池。
怎么结合晶硅太阳电池和有机薄膜太阳电池的优点，制备出价格低廉，效率较高的太阳电池时本专利考虑的要点。
发明内容
本发明的目的就是针对上述存在的问题而提供的一种硅基有机太阳电池及其制备方法，本发明结合常规晶硅太阳电池和薄膜太阳电池的制备方法，并且相对于传统HIT电池，制备过程简单，成本降低；相对于传统有机太阳电池，效率得到一定提高。
本发明的一种硅基有机太阳电池及其制备方法技术方案为，该硅基有机太阳电池，从硅衬底到受光面依次为缓冲层、活性层、透明导电薄膜层，其中，正面金属电极位于透明导电薄膜上；背光面覆盖有钝化层，背面金属电极穿过钝化层与硅衬底相连。
缓冲层、活性层、透明导电薄膜层的厚度范围为1~5000nm。
缓冲层为一层以上薄膜叠层结构，为ZnO、SiO2、ITO、PEDOT:PSS薄膜中的一种。
活性层为一层以上薄膜叠层结构，为给体-受体聚合物或染料敏化材料薄膜。
活性层为P3HT:PCBM给体-受体薄膜叠层结构。
背面钝化层为一层以上薄膜叠层结构，为SiO2，SiNx或AlOx薄膜。
透明导电薄膜为一层以上薄膜的叠层结构，薄膜为ITO、IZO或ZnO薄膜。
所述硅基有机太阳电池制备方法，工艺步骤为：
（1）晶硅衬底制绒；
（2）缓冲层制备；
（3）活性层制备；
（4）透明导电薄膜制备；
（5）背面钝化层制备；
（6）背面金属电极制备；
（7）正面金属电极制备；
（8）低温烧结。
正面金属电极、透明导电薄膜、背面金属电极的制备采用印刷、溅射或喷墨的方法；受光区的缓冲层、活性层制备采用印刷、溅射、喷墨或旋涂的方法。金属电极材料可以采用金属、金属合金、无机金属、半导体等。
低温烧结的温度为200-400℃，时间1-10分钟。
受光区的缓冲层、活性层制备可以采用印刷、溅射、喷墨、旋涂的方法；
在不影响太阳电池结构的情况下，制备步骤可以做一定的调整，例如先把受光面结构制备完毕后再制备背光面结构，或者受光面制备一步或多步后然后进行背光面一步或多步的制备；
本发明的有益效果为：本发明结合常规晶硅太阳电池和薄膜太阳电池的制备方法，并且相对于传统HIT电池，制备过程简单，成本降低；相对于传统有机太阳电池，效率得到一定提高。用软件silvaco-tcad模拟结果显示：该结构太阳电池的效率可以达到26.2%；并且已经在实验室做出该结构的太阳电池，其开路电压可以达到785mV，预计太阳电池的效率可以达到24%以上。该太阳电池的主要薄膜沉积部分可以用旋涂的方法进行制备，可以减少异质结太阳电池在制备工艺中使用的真空设备，降低了设备成本和工艺难度。
附图说明：
图1是本发明的结构示意图。
图中，1.硅衬底；2.缓冲层；3.活性层；4.透明导电薄膜层；5.钝化层；6.背面金属电极；7.正面金属电极。
具体实施方式：
为了更好地理解本发明，下面结合附图来详细说明本发明的技术方案，但是本发明并不局限于此。
实施例1
参照说明书附图图1，其结构为：硅衬底1受光面依次为缓冲层2、活性层3、透明导电薄膜层4，正面金属电极7位于透明导电薄膜4上；背光面覆盖有钝化层5，背面金属电极6穿过钝化层5与衬底相连，晶硅衬底为P型单晶硅；
主要工艺步骤为：
（1）晶硅衬底1用传统碱式制绒工艺进行制绒；
（2）受光面缓冲层2制备，用PECVD的方法在衬底1上制备一层10nm的SiO2薄膜；
（3）受光面活性层3制备，用旋涂的方法制备一层40nm的P3HT:PCBM给体-受体结构；
（4）受光面透明导电薄膜4制备，透明导电薄膜层4采用磁控溅射的方法制备ITO薄膜，其厚度为10nm；
（5）背面钝化层5制备，背面钝化层5用PECVD的方法制备AlOx/SiNx两层薄膜的叠层结构，其中AlOx/SiNx的厚度分别为20nm和80nm；
（6）背面金属电极6制备，背面金属电极6采用丝网印刷Al金属电极；
（7）正面金属电极制备7，正面金属电极制备7采用丝网印刷Ag金属电极。
（8）低温烧结，其温度为350℃，时间2分钟。
在不影响太阳电池结构的情况下，制备步骤可以做一定的调整，例如先把受光面结构制备完毕后再制备背光面结构，或者受光面制备一步或多步后然后进行背光面一步或多步的制备。
用软件silvaco-tcad模拟结果显示：该结构太阳电池的效率可以达到26.2%；并且已经在实验室做出该结构的太阳电池，其开路电压可以达到785mV，高于传统异质结太阳电池729mV左右的开路电压，更高于传统同质结太阳电池640mV左右的开路电压；预计太阳电池的效率可以达到24%以上。该太阳电池的主要薄膜沉积部分可以用旋涂的方法进行制备，可以减少异质结太阳电池在制备工艺中使用的真空设备，降低了设备成本和工艺难度。
实施例2
参照说明书附图图1，其结构为：硅衬底1受光面依次为缓冲层2、活性层3、透明导电薄膜层4，正面金属电极7位于透明导电薄膜4上；背光面覆盖有钝化层5，背面金属电极6穿过钝化层5与衬底相连，晶硅衬底为P型单晶硅；
主要工艺步骤为：
（1）晶硅衬底1用传统碱式制绒工艺进行制绒；
（2）受光面缓冲层2制备，用PECVD的方法在衬底1上制备一层50nm的PEDOT:PSS薄膜；
（3）受光面活性层3制备，用旋涂的方法制备一层80nm的P3HT:PCBM给体-受体结构；
（4）受光面透明导电薄膜4制备，透明导电薄膜层4采用磁控溅射的方法制备ITO薄膜，其厚度为50nm；
（5）背面钝化层5制备，背面钝化层5用PECVD的方法制备AlOx/SiO2两层薄膜的叠层结构，其中AlOx/SiO2的厚度分别为50nm和70nm；
（6）背面金属电极6制备，背面金属电极6采用丝网印刷Al金属电极；
（7）正面金属电极制备7，正面金属电极制备7采用丝网印刷Ag金属电极。
（8）低温烧结，其温度为200℃，时间5分钟。
在不影响太阳电池结构的情况下，制备步骤可以做一定的调整，例如先把受光面结构制备完毕后再制备背光面结构，或者受光面制备一步或多步后然后进行背光面一步或多步的制备。
用软件silvaco-tcad模拟结果显示：该结构太阳电池的效率可以达到25.4%；并且已经在实验室做出该结构的太阳电池，其开路电压可以达到778mV，高于传统异质结太阳电池729mV左右的开路电压，更高于传统同质结太阳电池640mV左右的开路电压；预计太阳电池的效率可以达到24%以上。该太阳电池的主要薄膜沉积部分可以用旋涂的方法进行制备，可以减少异质结太阳电池在制备工艺中使用的真空设备，降低了设备成本和工艺难度。

Claims (3)

1.一种硅基有机太阳电池，其特征在于，从硅衬底到受光面依次为缓冲层、活性层、透明导电薄膜层，其中，正面金属电极位于透明导电薄膜层上；背光面覆盖有钝化层，背面金属电极穿过钝化层与硅衬底相连；
缓冲层、活性层、透明导电薄膜层的厚度范围为1~5000nm；
缓冲层为一层以上薄膜叠层结构，为ZnO、SiO2、ITO、PEDOT:PSS薄膜中的一种；
活性层为一层以上薄膜叠层结构，为给体-受体聚合物或染料敏化材料薄膜；
背面钝化层为一层以上薄膜叠层结构，为SiO2，SiNx或AlOx薄膜；
透明导电薄膜层为一层以上薄膜的叠层结构，薄膜为ITO、IZO或ZnO薄膜；
所述的一种硅基有机太阳电池制备方法，工艺步骤为：
（1）晶硅衬底制绒；
（2）缓冲层制备；
（3）活性层制备；
（4）透明导电薄膜制备；
（5）背面钝化层制备；
（6）背面金属电极制备；
（7）正面金属电极制备；
（8）低温烧结，低温烧结的温度为200-400℃，时间1-10分钟。
2.根据权利要求1所述的一种硅基有机太阳电池，其特征在于，活性层为P3HT:PCBM给体-受体薄膜叠层结构。
3.根据权利要求1所述的一种硅基有机太阳电池，其特征在于，正面金属电极、透明导电薄膜、背面金属电极的制备采用印刷、溅射或喷墨的方法；受光区的缓冲层、活性层制备采用印刷、溅射、喷墨或旋涂的方法。
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