CN107946471A - 一种基于硅纳米线阵列的异质结光伏电池及其制备方法 - Google Patents
一种基于硅纳米线阵列的异质结光伏电池及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN107946471A CN107946471A CN201711221172.1A CN201711221172A CN107946471A CN 107946471 A CN107946471 A CN 107946471A CN 201711221172 A CN201711221172 A CN 201711221172A CN 107946471 A CN107946471 A CN 107946471A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- type silicon
- preparation
- silicon chip
- silicon
- nanowire array
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 189
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 189
- 239000010703 silicon Substances 0.000 title claims abstract description 189
- 239000002070 nanowire Substances 0.000 title claims abstract description 94
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 49
- 229920000301 poly(3-hexylthiophene-2,5-diyl) polymer Polymers 0.000 claims abstract description 41
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims abstract description 36
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims abstract description 22
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 20
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 20
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 20
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 claims abstract description 20
- 238000002161 passivation Methods 0.000 claims abstract description 19
- 229920001609 Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) Polymers 0.000 claims abstract description 18
- 229920002873 Polyethylenimine Polymers 0.000 claims abstract description 17
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims abstract description 9
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims abstract description 3
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 31
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 30
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims description 25
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 claims description 20
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 18
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- SQGYOTSLMSWVJD-UHFFFAOYSA-N silver(1+) nitrate Chemical compound [Ag+].[O-]N(=O)=O SQGYOTSLMSWVJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 claims description 12
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 11
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 238000004073 vulcanization Methods 0.000 claims description 10
- SWELZOZIOHGSPA-UHFFFAOYSA-N palladium silver Chemical compound [Pd].[Ag] SWELZOZIOHGSPA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 8
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 8
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims description 7
- 238000000280 densification Methods 0.000 claims description 7
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims description 7
- 229910001961 silver nitrate Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 6
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 claims description 6
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 claims description 6
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims description 5
- 238000007747 plating Methods 0.000 claims description 5
- 238000002207 thermal evaporation Methods 0.000 claims description 5
- 238000002242 deionisation method Methods 0.000 claims description 4
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 4
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 4
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N sulfuric acid Substances OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 238000003486 chemical etching Methods 0.000 claims description 3
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 claims description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 2
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 239000005864 Sulphur Substances 0.000 claims 1
- FSTTULJGKHXEHB-UHFFFAOYSA-N [Si]=O.F Chemical compound [Si]=O.F FSTTULJGKHXEHB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 150000001412 amines Chemical class 0.000 claims 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 6
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 4
- 229920000144 PEDOT:PSS Polymers 0.000 description 3
- 238000006701 autoxidation reaction Methods 0.000 description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 3
- VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N Ammonium hydroxide Chemical compound [NH4+].[OH-] VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- NOWKCMXCCJGMRR-UHFFFAOYSA-N Aziridine Chemical compound C1CN1 NOWKCMXCCJGMRR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 1
- UGACIEPFGXRWCH-UHFFFAOYSA-N [Si].[Ti] Chemical compound [Si].[Ti] UGACIEPFGXRWCH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000009396 hybridization Methods 0.000 description 1
- 150000003949 imides Chemical class 0.000 description 1
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 1
- -1 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K71/00—Manufacture or treatment specially adapted for the organic devices covered by this subclass
- H10K71/10—Deposition of organic active material
- H10K71/12—Deposition of organic active material using liquid deposition, e.g. spin coating
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
- H10K30/10—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation comprising heterojunctions between organic semiconductors and inorganic semiconductors
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
- H10K30/80—Constructional details
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K71/00—Manufacture or treatment specially adapted for the organic devices covered by this subclass
- H10K71/60—Forming conductive regions or layers, e.g. electrodes
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K2102/00—Constructional details relating to the organic devices covered by this subclass
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/549—Organic PV cells
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
本发明涉及一种基于硅纳米线阵列的异质结光伏电池及其制备方法，用以提高光伏电池的光电转换效率。基于硅纳米线阵列的异质结光伏电池的制作方法包括：n型硅片的清洗；在n型硅片的表面制备硅纳米线阵列；对n型硅片以及硅纳米线各自的表面进行钝化处理；硅纳米线/P3HT复合活性膜的制备；PEDOT:PSS/P型Cu9S5导电化合物/硼掺杂石墨烯复合导电层的制备；聚乙烯亚胺有机钝化层的制备；ITO透明导电层的制备；正面银栅电极的制备；背面电极的制备。
Description
技术领域
本发明涉及光伏电池技术领域，特别是涉及一种基于硅纳米线阵列的异质结光伏电池及其制备方法。
背景技术
无机太阳电池因其造价过于昂贵，而无法得到大规模的应用。有机太阳能电池由于其材料便宜、退火温度低、制作过程简单等优势而有希望降低太阳能电池的生产成本，然而有机太阳能电池的效率远低于无机太阳能电池。因此基于无机和有机半导体材料的有机无机杂化太阳能电池越来越受到了人们的青睐，它提供了一种既可以简化制造步骤又可以降低成本的生产技术。减少电池受光面上入射光的反射式提高太阳能电池的光电转换效率的中要手段，而在硅片表面形成的硅纳米线阵列可以有效降低光反射，而引起了人们的广泛关注。
发明内容
本发明的目的是克服上述现有技术的不足，提供一种基于硅纳米线阵列的异质结光伏电池及其制备方法。
为实现上述目的，本发明提出的一种基于硅纳米线阵列的异质结光伏电池的制备方法，包括以下步骤：(1)n型硅片的清洗：将n型硅片依次在丙酮、乙醇、去离子水中超声清洗20-40分钟，并用氮气吹干，接着将吹干的n型硅片置于浓硫酸/双氧水混合溶液中，110-120℃下热处理40-60分钟，接着用去离子水冲洗n型硅片，最后利用氢氟酸去除所述n型硅片的表面的自然氧化硅层；(2)在n型硅片的表面制备硅纳米线阵列：将步骤1得到的硅片置于硝酸银/氢氟酸混合溶液中，其中硝酸银的摩尔浓度为0.02mol/l，氢氟酸的摩尔浓度为4.8mol/l，室温下反应20-40分钟，然后取出n型硅片，去离子冲洗后，在硝酸溶液中浸泡30-70分钟，以去除n型硅片表面的银颗粒，然后用去离子水清洗硅片，并用氮气吹干以备用；(3)对n型硅片以及硅纳米线各自的表面进行钝化处理：将步骤2得到n型硅片在氢氟酸溶液中浸泡5-20分钟，然后浸入硫化氨的水溶液中，n型硅片作为阳极，并在硫化氨的水溶液中放置铂电极作为阴极，进行电镀硫化处理，在n型硅片以及硅纳米线各自的表面形成硫化钝化层；(4)硅纳米线/P3HT复合活性膜的制备：在步骤3得到的n型硅片的正面旋涂含有n型硅纳米线的P3HT溶液，转速为500-1500转/分钟，旋涂时间为2-5分钟，然后置于氮气氛围中进行退火处理，退化温度为100℃，退火时间为5-15分钟，形成致密的硅纳米线/P3HT复合活性膜；(5)PEDOT:PSS/P型Cu9S5导电化合物/硼掺杂石墨烯复合导电层的制备：在硅纳米线/P3HT复合活性膜表面旋涂含有P型Cu9S5导电化合物和硼掺杂石墨烯的PEDOT:PSS溶液；转速为2000-3000转/分钟，旋涂时间为3-6分钟，然后置于氮气氛围中进行退火处理，退化温度为110-120℃，退火时间为10-20分钟，形成致密的PEDOT:PSS/P型Cu9S5导电化合物/硼掺杂石墨烯复合导电层；(6)聚乙烯亚胺有机钝化层的制备：在所述n型硅片正面旋涂聚乙烯亚胺溶液，然后置于氮气氛围中进行退火处理，退化温度为90-120℃，退火时间为5-10分钟，以形成聚乙烯亚胺有机钝化层；(7)ITO透明导电层的制备：在步骤6得到的n型硅片的正面利用磁控溅射工艺形成ITO透明导电层；(8)正面银栅电极的制备：在真空环境下利用热蒸镀法，在n型硅片正面蒸镀正面银栅电极；(9)背面电极的制备：在真空环境下利用热蒸镀法，在n型硅片背面蒸镀钛钯银背面电极。
作为优选，在所述步骤4中，所述n型硅纳米线的长度为600-900nm，所述n型硅纳米线的直径为10-40nm，所述硅纳米线/P3HT复合活性膜的厚度为30-50纳米。
作为优选，所述含有n型硅纳米线的P3HT溶液的制备方法为：采用金属离子辅助化学刻蚀法在n型硅基底的上表面制备n型硅纳米线阵列，然后利用刀片将n型硅纳米线阵列刮入P3HT溶液中，以形成所述含有n型硅纳米线的P3HT溶液。
作为优选，所述PEDOT:PSS/P型Cu9S5导电化合物/硼掺杂石墨烯复合导电层的厚度为30-60nm。
作为优选，所述聚乙烯亚胺有机钝化层的厚度为1-2纳米。
作为优选，所述ITO透明导电层的厚度为50-150nm，所述正面银栅电极的厚度为50-100纳米。
作为优选，所述钛钯银背面电极的厚度为100-200nm。
本发明还提供了一种基于硅纳米线阵列的异质结光伏电池，所述一种基于硅纳米线阵列的异质结光伏电池为采用上述方法制备形成的一种基于硅纳米线阵列的异质结光伏电池。
本发明与现有技术相比具有下列优点：
(1)本发明采用硅纳米线阵列作为光吸收层，减少光反射，同时硅纳米线与硅纳米线/P3HT复合活性膜形成径向异质结，使得异质结界面面积增加，提高了电子空穴对的分离及传输效率，有效地提高了太阳能电池的转换效率。
(2)本发明具有硅纳米线/P3HT复合活性膜，一部分P3HT与硅纳米线阵列形成异质结的同时，另一部分P3HT与硅纳米线/P3HT复合活性膜中的n型硅纳米线形成高质量的异质结，有效提高了硅与P3HT的接触面积，同时由于硅纳米线/P3HT复合活性膜中的n型硅纳米线的随机排列，可以将电子有效传输至硅纳米线阵列，进而提高其光电转换效率。
(3)本发明采用PEDOT:PSS/P型Cu9S5导电化合物/硼掺杂石墨烯复合导电层和ITO透明导电层的双层导电层结构，并在二者之间形成具有隧穿功能的聚乙烯亚胺有机钝化层，可以提高载流子的传输效率，同时通过在PEDOT:PSS中添加P型Cu9S5导电化合物和硼掺杂石墨烯，调节PEDOT:PSS的功函降低接触电阻的同时，提高复合导电层的导电率，有利于电池中载流子的传输，进而提高太阳能电池的开路电压和填充因子。
(4)本发明使用简单的、低温的过程制备基于硅纳米线阵列的异质结光伏电池，有效降低生产成本的同时得到一高光电转换效率的基于硅纳米线阵列的异质结光伏电池。
附图说明
图1为本发明的基于硅纳米线阵列的异质结光伏电池的结构示意图。
具体实施方式
本发明具体实施例提出的一种基于硅纳米线阵列的异质结光伏电池的制备方法，包括以下步骤：(1)n型硅片的清洗：将n型硅片依次在丙酮、乙醇、去离子水中超声清洗20-40分钟，并用氮气吹干，接着将吹干的n型硅片置于浓硫酸/双氧水混合溶液中，110-120℃下热处理40-60分钟，接着用去离子水冲洗n型硅片，最后利用氢氟酸去除所述n型硅片的表面的自然氧化硅层；(2)在n型硅片的表面制备硅纳米线阵列：将步骤1得到的硅片置于硝酸银/氢氟酸混合溶液中，其中硝酸银的摩尔浓度为0.02mol/l，氢氟酸的摩尔浓度为4.8mol/l，室温下反应20-40分钟，然后取出n型硅片，去离子冲洗后，在硝酸溶液中浸泡30-70分钟，以去除n型硅片表面的银颗粒，然后用去离子水清洗硅片，并用氮气吹干以备用；(3)对n型硅片以及硅纳米线各自的表面进行钝化处理：将步骤2得到n型硅片在氢氟酸溶液中浸泡5-20分钟，然后浸入硫化氨的水溶液中，n型硅片作为阳极，并在硫化氨的水溶液中放置铂电极作为阴极，进行电镀硫化处理，在n型硅片以及硅纳米线各自的表面形成硫化钝化层；(4)硅纳米线/P3HT复合活性膜的制备：在步骤3得到的n型硅片的正面旋涂含有n型硅纳米线的P3HT溶液，转速为500-1500转/分钟，旋涂时间为2-5分钟，然后置于氮气氛围中进行退火处理，退化温度为100℃，退火时间为5-15分钟，形成致密的硅纳米线/P3HT复合活性膜；(5)PEDOT:PSS/P型Cu9S5导电化合物/硼掺杂石墨烯复合导电层的制备：在硅纳米线/P3HT复合活性膜表面旋涂含有P型Cu9S5导电化合物和硼掺杂石墨烯的PEDOT:PSS溶液；转速为2000-3000转/分钟，旋涂时间为3-6分钟，然后置于氮气氛围中进行退火处理，退化温度为110-120℃，退火时间为10-20分钟，形成致密的PEDOT:PSS/P型Cu9S5导电化合物/硼掺杂石墨烯复合导电层；(6)聚乙烯亚胺有机钝化层的制备：在所述n型硅片正面旋涂聚乙烯亚胺溶液，然后置于氮气氛围中进行退火处理，退化温度为90-120℃，退火时间为5-10分钟，以形成聚乙烯亚胺有机钝化层；(7)ITO透明导电层的制备：在步骤6得到的n型硅片的正面利用磁控溅射工艺形成ITO透明导电层；(8)正面银栅电极的制备：在真空环境下利用热蒸镀法，在n型硅片正面蒸镀正面银栅电极；(9)背面电极的制备：在真空环境下利用热蒸镀法，在n型硅片背面蒸镀钛钯银背面电极。
其中，在所述步骤4中，所述n型硅纳米线的长度为600-900nm，所述n型硅纳米线的直径为10-40nm，所述硅纳米线/P3HT复合活性膜的厚度为30-50纳米。所述含有n型硅纳米线的P3HT溶液的制备方法为：采用金属离子辅助化学刻蚀法在n型硅基底的上表面制备n型硅纳米线阵列，然后利用刀片将n型硅纳米线阵列刮入P3HT溶液中，以形成所述含有n型硅纳米线的P3HT溶液。所述PEDOT:PSS/P型Cu9S5导电化合物/硼掺杂石墨烯复合导电层的厚度为30-60nm。所述聚乙烯亚胺有机钝化层的厚度为1-2纳米。所述ITO透明导电层的厚度为50-150nm，所述正面银栅电极的厚度为50-100纳米。所述钛钯银背面电极的厚度为100-200nm。
如图1所示，本发明根据上述方法制备的基于硅纳米线阵列的异质结光伏电池，所述基于硅纳米线阵列的异质结光伏电池从下至上包括钛钯银背面电极9、n型硅片1、硅纳米线阵列2、硫化钝化层3、硅纳米线/P3HT复合活性膜4、PEDOT:PSS/P型Cu9S5导电化合物/硼掺杂石墨烯复合导电层5、聚乙烯亚胺有机钝化层6、ITO透明导电层7以及正面银栅电极8。
实施例1：
一种基于硅纳米线阵列的异质结光伏电池的制备方法，包括以下步骤：(1)n型硅片的清洗：将n型硅片依次在丙酮、乙醇、去离子水中超声清洗40分钟，并用氮气吹干，接着将吹干的n型硅片置于浓硫酸/双氧水混合溶液中，115℃下热处理50分钟，接着用去离子水冲洗n型硅片，最后利用氢氟酸去除所述n型硅片的表面的自然氧化硅层；(2)在n型硅片的表面制备硅纳米线阵列：将步骤1得到的硅片置于硝酸银/氢氟酸混合溶液中，其中硝酸银的摩尔浓度为0.02mol/l，氢氟酸的摩尔浓度为4.8mol/l，室温下反应30分钟，然后取出n型硅片，去离子冲洗后，在硝酸溶液中浸泡50分钟，以去除n型硅片表面的银颗粒，然后用去离子水清洗硅片，并用氮气吹干以备用；(3)对n型硅片以及硅纳米线各自的表面进行钝化处理：将步骤2得到n型硅片在氢氟酸溶液中浸泡10分钟，然后浸入硫化氨的水溶液中，n型硅片作为阳极，并在硫化氨的水溶液中放置铂电极作为阴极，进行电镀硫化处理，在n型硅片以及硅纳米线各自的表面形成硫化钝化层；(4)硅纳米线/P3HT复合活性膜的制备：在步骤3得到的n型硅片的正面旋涂含有n型硅纳米线的P3HT溶液，转速为1000转/分钟，旋涂时间为4分钟，然后置于氮气氛围中进行退火处理，退化温度为100℃，退火时间为10分钟，形成致密的硅纳米线/P3HT复合活性膜；(5)PEDOT:PSS/P型Cu9S5导电化合物/硼掺杂石墨烯复合导电层的制备：在硅纳米线/P3HT复合活性膜表面旋涂含有P型Cu9S5导电化合物和硼掺杂石墨烯的PEDOT:PSS溶液；转速为2000转/分钟，旋涂时间为5分钟，然后置于氮气氛围中进行退火处理，退化温度为110℃，退火时间为15分钟，形成致密的PEDOT:PSS/P型Cu9S5导电化合物/硼掺杂石墨烯复合导电层；(6)聚乙烯亚胺有机钝化层的制备：在所述n型硅片正面旋涂聚乙烯亚胺溶液，然后置于氮气氛围中进行退火处理，退化温度为100℃，退火时间为7分钟，以形成聚乙烯亚胺有机钝化层；(7)ITO透明导电层的制备：在步骤6得到的n型硅片的正面利用磁控溅射工艺形成ITO透明导电层；(8)正面银栅电极的制备：在真空环境下利用热蒸镀法，在n型硅片正面蒸镀正面银栅电极；(9)背面电极的制备：在真空环境下利用热蒸镀法，在n型硅片背面蒸镀钛钯银背面电极。
其中，在所述步骤4中，所述n型硅纳米线的长度为600nm，所述n型硅纳米线的直径为20nm，所述硅纳米线/P3HT复合活性膜的厚度为40纳米。所述含有n型硅纳米线的P3HT溶液的制备方法为：采用金属离子辅助化学刻蚀法在n型硅基底的上表面制备n型硅纳米线阵列，然后利用刀片将n型硅纳米线阵列刮入P3HT溶液中，以形成所述含有n型硅纳米线的P3HT溶液。所述PEDOT:PSS/P型Cu9S5导电化合物/硼掺杂石墨烯复合导电层的厚度为40nm。所述聚乙烯亚胺有机钝化层的厚度为1纳米。所述ITO透明导电层的厚度为100nm，所述正面银栅电极的厚度为100纳米。所述钛钯银背面电极的厚度为150nm。
将上述方法制备的基于硅纳米线阵列的异质结光伏电池，通过各层之间的配合作用，该基于硅纳米线阵列的异质结光伏电池的开路电压为0.62V，短路电流为35.5mA/cm2，填充因子为0.77，光电转换效率为16.95％。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种基于硅纳米线阵列的异质结光伏电池的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）n型硅片的清洗：将n型硅片依次在丙酮、乙醇、去离子水中超声清洗20-40分钟，并用氮气吹干，接着将吹干的n型硅片置于浓硫酸/双氧水混合溶液中，110-120℃下热处理40-60分钟，接着用去离子水冲洗n型硅片，最后利用氢氟酸去除所述n型硅片的表面的自然氧化硅层；
（2）在n型硅片的表面制备硅纳米线阵列：将步骤1得到的硅片置于硝酸银/氢氟酸混合溶液中，其中硝酸银的摩尔浓度为0.02mol/l，氢氟酸的摩尔浓度为4.8mol/l，室温下反应20-40分钟，然后取出n型硅片，去离子冲洗后，在硝酸溶液中浸泡30-70分钟，以去除n型硅片表面的银颗粒，然后用去离子水清洗硅片，并用氮气吹干以备用；
（3）对n型硅片以及硅纳米线各自的表面进行钝化处理：将步骤2得到n型硅片在氢氟酸溶液中浸泡5-20分钟，然后浸入硫化氨的水溶液中，n型硅片作为阳极，并在硫化氨的水溶液中放置铂电极作为阴极，进行电镀硫化处理，在n型硅片以及硅纳米线各自的表面形成硫化钝化层；
（4）硅纳米线/P3HT复合活性膜的制备：在步骤3得到的n型硅片的正面旋涂含有n型硅纳米线的P3HT溶液，转速为500-1500转/分钟，旋涂时间为2-5分钟，然后置于氮气氛围中进行退火处理，退化温度为100℃，退火时间为5-15分钟，形成致密的硅纳米线/P3HT复合活性膜；
（5）PEDOT:PSS/P型Cu9S5导电化合物/硼掺杂石墨烯复合导电层的制备：在硅纳米线/P3HT复合活性膜表面旋涂含有P型Cu9S5导电化合物和硼掺杂石墨烯的PEDOT:PSS溶液；转速为2000-3000转/分钟，旋涂时间为3-6分钟，然后置于氮气氛围中进行退火处理，退化温度为110-120℃，退火时间为10-20分钟，形成致密的PEDOT:PSS/P型Cu9S5导电化合物/硼掺杂石墨烯复合导电层；
（6）聚乙烯亚胺有机钝化层的制备：在所述n型硅片正面旋涂聚乙烯亚胺溶液，然后置于氮气氛围中进行退火处理，退化温度为90-120℃，退火时间为5-10分钟，以形成聚乙烯亚胺有机钝化层；
（7）ITO透明导电层的制备：在步骤6得到的n型硅片的正面利用磁控溅射工艺形成ITO透明导电层；
（8）正面银栅电极的制备：在真空环境下利用热蒸镀法，在n型硅片正面蒸镀正面银栅电极；
（9）背面电极的制备：在真空环境下利用热蒸镀法，在n型硅片背面蒸镀钛钯银背面电极。
2. 根据权利要求1所述的基于硅纳米线阵列的异质结光伏电池的制备方法，其特征在于：在所述步骤4中，所述n型硅纳米线的长度为600-900 nm，所述n型硅纳米线的直径为10-40nm，所述硅纳米线/P3HT复合活性膜的厚度为30-50纳米。
3.根据权利要求2所述的基于硅纳米线阵列的异质结光伏电池的制备方法，其特征在于：所述含有n型硅纳米线的P3HT溶液的制备方法为：采用金属离子辅助化学刻蚀法在n型硅基底的上表面制备n型硅纳米线阵列，然后利用刀片将n型硅纳米线阵列刮入P3HT溶液中，以形成所述含有n型硅纳米线的P3HT溶液。
4.根据权利要求1所述的基于硅纳米线阵列的异质结光伏电池的制备方法，其特征在于：所述PEDOT:PSS/P型Cu9S5导电化合物/硼掺杂石墨烯复合导电层的厚度为30-60nm。
5.根据权利要求1所述的基于硅纳米线阵列的异质结光伏电池的制备方法，其特征在于：所述聚乙烯亚胺有机钝化层的厚度为1-2纳米。
6.根据权利要求1所述的基于硅纳米线阵列的异质结光伏电池的制备方法，其特征在于：所述ITO透明导电层的厚度为50-150nm，所述正面银栅电极的厚度为50-100纳米。
7.根据权利要求1所述的基于硅纳米线阵列的异质结光伏电池的制备方法，其特征在于：所述钛钯银背面电极的厚度为100-200nm。
8.一种基于硅纳米线阵列的异质结光伏电池，其特征在于，所述基于硅纳米线阵列的异质结光伏电池为采用权利要求1-7任一项所述的方法制备形成的基于硅纳米线阵列的异质结光伏电池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201711221172.1A CN107946471B (zh) | 2017-11-28 | 2017-11-28 | 一种基于硅纳米线阵列的异质结光伏电池及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201711221172.1A CN107946471B (zh) | 2017-11-28 | 2017-11-28 | 一种基于硅纳米线阵列的异质结光伏电池及其制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN107946471A true CN107946471A (zh) | 2018-04-20 |
| CN107946471B CN107946471B (zh) | 2021-01-26 |
Family
ID=61950488
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201711221172.1A Active CN107946471B (zh) | 2017-11-28 | 2017-11-28 | 一种基于硅纳米线阵列的异质结光伏电池及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN107946471B (zh) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108417719A (zh) * | 2018-05-04 | 2018-08-17 | 苏州宝澜环保科技有限公司 | 一种硅基核壳结构光伏电池及其制备方法 |
| CN108539027A (zh) * | 2018-05-07 | 2018-09-14 | 苏州宝澜环保科技有限公司 | 一种有机无机杂化太阳能电池及其制备方法 |
| CN108597986A (zh) * | 2018-05-02 | 2018-09-28 | 厦门大学深圳研究院 | 一种基于预氧化处理的硅纳米线阵列的制备方法 |
| CN108767119A (zh) * | 2018-06-22 | 2018-11-06 | 苏州宝澜环保科技有限公司 | 一种有机无机杂化光伏电池及其制备方法 |
| CN108847449A (zh) * | 2018-06-21 | 2018-11-20 | 苏州宝澜环保科技有限公司 | 一种新型异质结光伏电池及其制备方法 |
| CN108847428A (zh) * | 2018-06-08 | 2018-11-20 | 苏州宝澜环保科技有限公司 | 一种基于硅纳米线阵列的太阳能电池及其制备方法 |
| CN108878656A (zh) * | 2018-06-22 | 2018-11-23 | 苏州宝澜环保科技有限公司 | 一种太阳能电池及其制备方法 |
| CN109346606A (zh) * | 2018-09-30 | 2019-02-15 | 苏州钱正科技咨询有限公司 | 一种新型杂化光伏电池及其制备方法 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102148332A (zh) * | 2010-11-26 | 2011-08-10 | 北京化工大学 | 半导体纳米线基有机/无机复合太阳能电池的制备方法 |
| CN102263204A (zh) * | 2011-07-20 | 2011-11-30 | 苏州大学 | 一种有机-无机杂化太阳能电池及其制备方法 |
| CN104979421A (zh) * | 2014-04-11 | 2015-10-14 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 一种叠层太阳能电池 |
| CN105140319A (zh) * | 2015-06-23 | 2015-12-09 | 北京大学深圳研究生院 | 一种薄膜太阳能电池及其制备方法 |
| CN105720113A (zh) * | 2015-12-10 | 2016-06-29 | 北京大学深圳研究生院 | 一种用于太阳能电池的背电极和太阳能电池 |
-
2017
- 2017-11-28 CN CN201711221172.1A patent/CN107946471B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102148332A (zh) * | 2010-11-26 | 2011-08-10 | 北京化工大学 | 半导体纳米线基有机/无机复合太阳能电池的制备方法 |
| CN102263204A (zh) * | 2011-07-20 | 2011-11-30 | 苏州大学 | 一种有机-无机杂化太阳能电池及其制备方法 |
| CN104979421A (zh) * | 2014-04-11 | 2015-10-14 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 一种叠层太阳能电池 |
| CN105140319A (zh) * | 2015-06-23 | 2015-12-09 | 北京大学深圳研究生院 | 一种薄膜太阳能电池及其制备方法 |
| CN105720113A (zh) * | 2015-12-10 | 2016-06-29 | 北京大学深圳研究生院 | 一种用于太阳能电池的背电极和太阳能电池 |
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108597986A (zh) * | 2018-05-02 | 2018-09-28 | 厦门大学深圳研究院 | 一种基于预氧化处理的硅纳米线阵列的制备方法 |
| CN108417719A (zh) * | 2018-05-04 | 2018-08-17 | 苏州宝澜环保科技有限公司 | 一种硅基核壳结构光伏电池及其制备方法 |
| CN108539027A (zh) * | 2018-05-07 | 2018-09-14 | 苏州宝澜环保科技有限公司 | 一种有机无机杂化太阳能电池及其制备方法 |
| CN108539027B (zh) * | 2018-05-07 | 2021-04-27 | 苏州宝澜环保科技有限公司 | 一种有机无机杂化太阳能电池及其制备方法 |
| CN108847428B (zh) * | 2018-06-08 | 2020-07-10 | 海门名驰工业设计有限公司 | 一种基于硅纳米线阵列的太阳能电池及其制备方法 |
| CN108847428A (zh) * | 2018-06-08 | 2018-11-20 | 苏州宝澜环保科技有限公司 | 一种基于硅纳米线阵列的太阳能电池及其制备方法 |
| CN108847449A (zh) * | 2018-06-21 | 2018-11-20 | 苏州宝澜环保科技有限公司 | 一种新型异质结光伏电池及其制备方法 |
| CN108847449B (zh) * | 2018-06-21 | 2021-11-02 | 江苏日御光伏新材料科技有限公司 | 一种新型异质结光伏电池及其制备方法 |
| CN108767119A (zh) * | 2018-06-22 | 2018-11-06 | 苏州宝澜环保科技有限公司 | 一种有机无机杂化光伏电池及其制备方法 |
| CN108878656A (zh) * | 2018-06-22 | 2018-11-23 | 苏州宝澜环保科技有限公司 | 一种太阳能电池及其制备方法 |
| CN108878656B (zh) * | 2018-06-22 | 2021-11-23 | 江苏日御光伏新材料科技有限公司 | 一种太阳能电池及其制备方法 |
| CN109346606A (zh) * | 2018-09-30 | 2019-02-15 | 苏州钱正科技咨询有限公司 | 一种新型杂化光伏电池及其制备方法 |
| CN109346606B (zh) * | 2018-09-30 | 2022-11-15 | 新优(宁波)智能科技有限公司 | 一种杂化光伏电池及其制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN107946471B (zh) | 2021-01-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107946471A (zh) | 一种基于硅纳米线阵列的异质结光伏电池及其制备方法 | |
| CN104993006B (zh) | 一种过渡金属氧化物‑硅异质结太阳能电池及其制备方法 | |
| CN107946470A (zh) | 一种异质结太阳能电池及其制备方法 | |
| CN106531888B (zh) | 一种界面修饰材料 | |
| CN107994119B (zh) | 一种有机无机杂化太阳能电池及其制备方法 | |
| Lee et al. | A 14.7% organic/silicon nanoholes hybrid solar cell via interfacial engineering by solution-processed inorganic conformal layer | |
| CN107946384B (zh) | 一种硅-pedot:pss杂化太阳能电池及其制备方法 | |
| CN103066160B (zh) | 一种太阳电池硅片表面生成多孔硅的方法 | |
| CN106129248B (zh) | 一种水/醇溶性嵌段共轭聚合物作为阴极缓冲层的有机光伏电池制作方法 | |
| CN110767777B (zh) | 可降低成本提高转换效率的叠层太阳电池的制备方法 | |
| CN108258124B (zh) | 一种异质结光伏电池及其制备方法 | |
| CN107394013A (zh) | 一种硅锗黑磷烯pin异质结太阳能电池的制备方法 | |
| CN106169537A (zh) | 一种太阳能电池的制备方法 | |
| CN103296211B (zh) | 有机-二维晶体-无机杂化的异质结太阳能电池器件及其制备方法 | |
| CN109216483A (zh) | 单层MoS2同质结、光探测器及其制备方法、电子元件 | |
| CN107895760A (zh) | 一种硅纳米线阵列异质结太阳能电池及其制备方法 | |
| CN110649163A (zh) | 一种三明治结构电子传输层的钙钛矿太阳电池及制备方法 | |
| CN103346260A (zh) | 有机薄膜钝化的有机-无机杂化太阳能电池及其制备方法 | |
| CN104051580B (zh) | 硅太阳能电池及其制备方法 | |
| CN108172657B (zh) | 一种黑硅太阳能电池及其制备方法 | |
| CN106876595B (zh) | 一种n型硅异质结太阳能电池及其制备方法 | |
| CN103137868B (zh) | 一种基于三元纳米阵列的有机/无机杂化太阳电池及其制备方法 | |
| CN105336816A (zh) | 溶液法制备MoO3/硅纳米线阵列异质结太阳能电池的方法 | |
| CN112614938B (zh) | 一种具有能级梯度的全无机复合空穴传输层、电池及制备方法 | |
| CN115000215B (zh) | 一种具有PEDOT:PSS/石墨烯/GaAs结构的太阳电池及其制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20210107 Address after: 237300 self built plant at the intersection of Jinjiazhai Road West and Bijiashan Road South in Jinzhai modern industrial park, Lu'an City, Anhui Province Applicant after: Jinzhai Jiayue New Energy Technology Co.,Ltd. Address before: 528000 E6-8, Second Floor, Block C, Hongyi Building Materials City, Foshan City, Guangdong Province, North of Henan Industrial Avenue, Heya Village Committee, Chancheng District, Foshan City (Residence Declaration) Applicant before: FOSHAN BAOYUEMEI TECHNOLOGY Co.,Ltd. |
|
| TA01 | Transfer of patent application right | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |