CN108183150B - 一种异质结光伏电池及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种异质结光伏电池及其制备方法，所述异质结光伏电池的制备方法包括：PEDOT:PSS混合溶液的配制；将PEDOT:PSS混合溶液旋涂于n型硅片表面，并进行退火处理，以形成改性PEDOT:PSS层；在所述改性PEDOT:PSS层上制备正面电极；在所述n型硅片背面制备背面电极。通过在PEDOT:PSS混合溶液中添加改性助剂，改善其与硅片之间的润湿性，提高改性PEDOT:PSS层的成膜质量，进而改善相应光伏电池的性能。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，特别是涉及一种异质结光伏电池及其制备方法。
背景技术
随着工业的高度发展和人口的持续增长，能源问题将成为制约人类发展的关键问题。太阳能是来自于太阳内部的核聚变所蕴藏着的、并能爆发向外辐射的能量，与传统能源相比，太阳能取之不尽，用之不竭。如何充分利用太阳能，使得太阳能真正取代石化能源，成为全人类的能源消耗的最重要来源，已成为人们的研究重点。目前通常利用太阳能电池将光能转换为电能。其中，基于无机半导体材料和有机半导体材料的杂化太阳能电池越来越引起人们的关注，有机无机杂化太阳能电池提供了一种既可以简化制备工艺又可以降低生产成本的工艺技术。有机无机杂化太阳能电池中常用PEDOT:PSS作为空穴传输层，PEDOT：PSS层的制备过程中由于PEDOT:PSS溶液与硅片之间的接触角较大，进而导致PEDOT：PSS层的成膜质量较差，如何改善PEDOT：PSS层的成膜质量，是业界丞待解决的问题。
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，本发明提出的一种异质结光伏电池的制备方法，包括以下步骤：(1)PEDOT:PSS混合溶液的配制：在PEDOT:PSS溶液中添加二甲基亚砜、脂肪醇聚氧乙烯醚、碳酸钠以及异抗坏血酸钠，以形成所述PEDOT:PSS混合溶液；(2)将PEDOT:PSS混合溶液旋涂于n型硅片表面，并进行退火处理，以形成改性PEDOT:PSS层；(3)在所述改性PEDOT:PSS层上制备正面电极；(4)在所述n型硅片背面制备背面电极。
作为优选，在所述步骤(1)中，所述PEDOT:PSS混合溶液中PEDOT:PSS、二甲基亚砜、脂肪醇聚氧乙烯醚、碳酸钠以及异抗坏血酸钠五者的质量比为100:(5-9):(0.5-1.5):(0.1-1):(0.1-0.5)。
作为优选，在所述步骤(2)中，在旋涂PEDOT:PSS混合溶液之前，先对n型硅片表面进行甲基化处理。
作为优选，在所述步骤(2)中，旋涂的具体工艺为：在2000-4000转/每分钟的条件下旋涂1-5分钟。
作为优选，在所述步骤(2)中，退火处理的具体工艺为：在氮气气氛中，先在100-110℃下热处理5-10分钟，接着升温至120-140℃，并在120-140℃的温度下热处理20-30分钟。
作为优选，在所述步骤(3)中，通过PVD法形成所述正面电极，所述正面电极为银栅电极，所述正面电极的厚度为100-200纳米。
作为优选，在所述步骤(4)中，通过PVD法形成所述背面电极，所述背面电极为铝电极，所述背面电极的厚度为200-300纳米。
本发明还提供了一种异质结光伏电池，所述异质结光伏电池为采用上述方法制备形成的异质结光伏电池。
本发明与现有技术相比具有下列优点：
本发明的异质结光伏电池中，相比于现有技术中常用Triton X-100溶液作为表面活性剂，本发明中发现添加脂肪醇聚氧乙烯醚更利于改善PEDOT:PSS溶液的润湿性，且脂肪醇聚氧乙烯醚与二甲基亚砜、碳酸钠以及异抗坏血酸钠形成良好的配合作用，有效改善PEDOT：PSS溶液对硅片的润湿性的同时，降低了PEDOT:PSS层酸性，提高了PEDOT:PSS层在使用过程中的稳定性，具有优异的抗氧化能力，进而提高PEDOT:PSS层的薄膜质量，有效减少漏电流，便于空穴的分离与传输，进而提高该异质结光伏电池的光电转换效率。利用本发明的方法形成异质结光伏电池的过程中，PEDOT:PSS混合溶液的配制方法简单，且通过旋涂工艺就可以在硅片表面得到高质量的有机活性层，且通过优化退火处理工艺的具体步骤，进一步改善了硅片与PEDOT:PSS层的接触性能，有效降低的异质结光伏电池的制造成本的同时，得到高光电转换效率的异质结光伏电池。
附图说明
图1为本发明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异质结光伏电池的制备方法，包括以下步骤：(1)PEDOT:PSS混合溶液的配制：在PEDOT:PSS溶液中添加二甲基亚砜、脂肪醇聚氧乙烯醚、碳酸钠以及异抗坏血酸钠，以形成所述PEDOT:PSS混合溶液；(2)将PEDOT:PSS混合溶液旋涂于n型硅片表面，并进行退火处理，以形成改性PEDOT:PSS层；(3)在所述改性PEDOT:PSS层上制备正面电极；(4)在所述n型硅片背面制备背面电极。
其中，在所述步骤(1)中，所述PEDOT:PSS混合溶液中PEDOT:PSS、二甲基亚砜、脂肪醇聚氧乙烯醚、碳酸钠以及异抗坏血酸钠五者的质量比为100:(5-9):(0.5-1.5):(0.1-1):(0.1-0.5)。在所述步骤(2)中，在旋涂PEDOT:PSS混合溶液之前，先对n型硅片表面进行甲基化处理。在所述步骤(2)中，旋涂的具体工艺为：在2000-4000转/每分钟的条件下旋涂1-5分钟。在所述步骤(2)中，退火处理的具体工艺为：在氮气气氛中，先在100-110℃下热处理5-10分钟，接着升温至120-140℃，并在120-140℃的温度下热处理20-30分钟。在所述步骤(3)中，通过PVD法形成所述正面电极，所述正面电极为银栅电极，所述正面电极的厚度为100-200纳米。在所述步骤(4)中，通过PVD法形成所述背面电极，所述背面电极为铝电极，所述背面电极的厚度为200-300纳米。
如图1所示，本发明根据上述方法制备的异质结光伏电池，所述异质结光伏电池从下至上包括背面电极1、n型硅片2、改性PEDOT:PSS层3以及正面电极4。
实施例1：
一种异质结光伏电池的制备方法，包括以下步骤：(1)PEDOT:PSS混合溶液的配制：在PEDOT:PSS溶液中添加二甲基亚砜、脂肪醇聚氧乙烯醚、碳酸钠以及异抗坏血酸钠，以形成所述PEDOT:PSS混合溶液；(2)将PEDOT:PSS混合溶液旋涂于n型硅片表面，并进行退火处理，以形成改性PEDOT:PSS层；(3)在所述改性PEDOT:PSS层上制备正面电极；(4)在所述n型硅片背面制备背面电极。
其中，在所述步骤(1)中，所述PEDOT:PSS混合溶液中PEDOT:PSS、二甲基亚砜、脂肪醇聚氧乙烯醚、碳酸钠以及异抗坏血酸钠五者的质量比为100:7:1:0.5:0.3。在所述步骤(2)中，在旋涂PEDOT:PSS混合溶液之前，先对n型硅片表面进行甲基化处理。在所述步骤(2)中，旋涂的具体工艺为：在3000转/每分钟的条件下旋涂3分钟。在所述步骤(2)中，退火处理的具体工艺为：在氮气气氛中，先在105℃下热处理7分钟，接着升温至130℃，并在130℃的温度下热处理25分钟。在所述步骤(3)中，通过PVD法形成所述正面电极，所述正面电极为银栅电极，所述正面电极的厚度为150纳米。在所述步骤(4)中，通过PVD法形成所述背面电极，所述背面电极为铝电极，所述背面电极的厚度为270纳米。
该异质结光伏电池的开路电压为0.64V，短路电流为31.4mA/cm2，填充因子为0.75，光电转换效率为15.1％。
实施例2
一种异质结光伏电池的制备方法，包括以下步骤：(1)PEDOT:PSS混合溶液的配制：在PEDOT:PSS溶液中添加二甲基亚砜、脂肪醇聚氧乙烯醚、碳酸钠以及异抗坏血酸钠，以形成所述PEDOT:PSS混合溶液；(2)将PEDOT:PSS混合溶液旋涂于n型硅片表面，并进行退火处理，以形成改性PEDOT:PSS层；(3)在所述改性PEDOT:PSS层上制备正面电极；(4)在所述n型硅片背面制备背面电极。
其中，在所述步骤(1)中，所述PEDOT:PSS混合溶液中PEDOT:PSS、二甲基亚砜、脂肪醇聚氧乙烯醚、碳酸钠以及异抗坏血酸钠五者的质量比为100:9:1.2:1:0.5。在所述步骤(2)中，在旋涂PEDOT:PSS混合溶液之前，先对n型硅片表面进行甲基化处理。在所述步骤(2)中，旋涂的具体工艺为：在4000转/每分钟的条件下旋涂5分钟。在所述步骤(2)中，退火处理的具体工艺为：在氮气气氛中，先在110℃下热处理10分钟，接着升温至135℃，并在135℃的温度下热处理30分钟。在所述步骤(3)中，通过PVD法形成所述正面电极，所述正面电极为银栅电极，所述正面电极的厚度为200纳米。在所述步骤(4)中，通过PVD法形成所述背面电极，所述背面电极为铝电极，所述背面电极的厚度为300纳米。
该异质结光伏电池的开路电压为0.64V，短路电流为30.2mA/cm2，填充因子为0.72，光电转换效率为13.9％。
实施例3
一种异质结光伏电池的制备方法，包括以下步骤：(1)PEDOT:PSS混合溶液的配制：在PEDOT:PSS溶液中添加二甲基亚砜、脂肪醇聚氧乙烯醚、碳酸钠以及异抗坏血酸钠，以形成所述PEDOT:PSS混合溶液；(2)将PEDOT:PSS混合溶液旋涂于n型硅片表面，并进行退火处理，以形成改性PEDOT:PSS层；(3)在所述改性PEDOT:PSS层上制备正面电极；(4)在所述n型硅片背面制备背面电极
其中，在所述步骤(1)中，所述PEDOT:PSS混合溶液中PEDOT:PSS、二甲基亚砜、脂肪醇聚氧乙烯醚、碳酸钠以及异抗坏血酸钠五者的质量比为100:5:0.5:0.1:0.1。在所述步骤(2)中，在旋涂PEDOT:PSS混合溶液之前，先对n型硅片表面进行甲基化处理。在所述步骤(2)中，旋涂的具体工艺为：在2000转/每分钟的条件下旋涂1分钟。在所述步骤(2)中，退火处理的具体工艺为：在氮气气氛中，先在100℃下热处理5分钟，接着升温至120℃，并在120℃的温度下热处理20分钟。在所述步骤(3)中，通过PVD法形成所述正面电极，所述正面电极为银栅电极，所述正面电极的厚度为100纳米。在所述步骤(4)中，通过PVD法形成所述背面电极，所述背面电极为铝电极，所述背面电极的厚度为200纳米。
该异质结光伏电池的开路电压为0.63V，短路电流为29.5mA/cm2，填充因子为0.69，光电转换效率为12.8％。
对比例：
为了突出本发明的异质结光伏电池具有优异的光电转换效率，作为对比，一种异质结光伏电池的制备方法，包括以下步骤：(1)PEDOT:PSS混合溶液的配制：在PEDOT:PSS溶液中添加二甲基亚砜以及Triton X-100溶液，以形成所述PEDOT:PSS混合溶液；(2)将PEDOT:PSS混合溶液旋涂于n型硅片表面，并进行退火处理，以形成改性PEDOT:PSS层；(3)在所述改性PEDOT:PSS层上制备正面电极；(4)在所述n型硅片背面制备背面电极。
其中，在所述步骤(1)中，所述PEDOT:PSS混合溶液中PEDOT:PSS、二甲基亚砜以及Triton X-100溶液三者的质量比为100:5:1。在所述步骤(2)中，在旋涂PEDOT:PSS混合溶液之前，先对n型硅片表面进行甲基化处理。在所述步骤(2)中，旋涂的具体工艺为：在3000转/每分钟的条件下旋涂3分钟。在所述步骤(2)中，退火处理的具体工艺为：在氮气气氛中，先在105℃下热处理7分钟，接着升温至130℃，并在130℃的温度下热处理25分钟。在所述步骤(3)中，通过PVD法形成所述正面电极，所述正面电极为银栅电极，所述正面电极的厚度为150纳米。在所述步骤(4)中，通过PVD法形成所述背面电极，所述背面电极为铝电极，所述背面电极的厚度为270纳米。
该异质结光伏电池的开路电压为0.55V，短路电流为29.2mA/cm2，填充因子为0.65，光电转换效率为10.4％。
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 (3)
1.一种异质结光伏电池的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)PEDOT:PSS混合溶液的配制：在PEDOT:PSS溶液中添加二甲基亚砜、脂肪醇聚氧乙烯醚、碳酸钠以及异抗坏血酸钠，以形成所述PEDOT:PSS混合溶液，所述PEDOT:PSS混合溶液中PEDOT:PSS、二甲基亚砜、脂肪醇聚氧乙烯醚、碳酸钠以及异抗坏血酸钠五者的质量比为100:(5-9):(0.5-1.5):(0.1-1):(0.1-0.5)；
(2)将PEDOT:PSS混合溶液旋涂于n型硅片表面，旋涂的具体工艺为：在2000-4000转/每分钟的条件下旋涂1-5分钟，并进行退火处理，以形成改性PEDOT:PSS层，其中，退火处理的具体工艺为：在氮气气氛中，先在100-110℃下热处理5-10分钟，接着升温至120-140℃，并在120-140℃的温度下热处理20-30分钟；
(3)在所述改性PEDOT:PSS层上制备正面电极，通过PVD法形成所述正面电极，所述正面电极为银栅电极，所述正面电极的厚度为100-200纳米；
(4)在所述n型硅片背面制备背面电极，通过PVD法形成所述背面电极，所述正面电极为铝电极，所述背面电极的厚度为200-300纳米。
2.根据权利要求1所述的异质结光伏电池的制备方法，其特征在于：在所述步骤(2)中，在旋涂PEDOT:PSS混合溶液之前，先对n型硅片表面进行甲基化处理。
3.一种异质结光伏电池，其特征在于，采用权利要求1-2任一项所述的方法制备形成的。
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