CN108598267A - 一种新型异质结太阳能电池及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种新型异质结太阳能电池及其制备方法,在该新型异质结太阳能电池的制备过程中,通过设置氮化硅阻挡层并在含氧气氛中进行热处理,使得n型单晶硅片中的第二区的表面的掺杂浓度低于n型单晶硅片内部的掺杂浓度,且通过优化第一区中的多个圆形区域的具体尺寸与间距,进而有效调节第一区的面积与第二区的面积的比值,进而改善n型单晶硅片与Spiro‑OMeTAD层之间的肖特基接触势垒,进而提高该新型异质结太阳能电池的开路电压和填充因子。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域,特别是涉及一种新型异质结太阳能电池及其制备方法。
背景技术
太阳能可以说是“取之不尽,用之不竭”的能源,与传统的石化能源相比,太阳能具有绿色清洁和可再生等独特优点。将太阳能转换为电能是广泛利用太阳能的重要技术基础,其转换方式有光热电间接转换和光电直接转换,后者主要指太阳能电池。现有的硅基太阳能电池包括单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池、微晶硅太阳能电池、非晶硅薄膜太阳能电池以及硅基有机无机杂化太阳能电池,其中,硅基有机无机杂化太阳能电池可以结合有机材料和无机材料的优势,并避免各自的缺陷。然而现有的硅基有机无机杂化太阳能电池的光电转换效率相对较低,有待进一步优化硅基有机无机杂化太阳能电池的结构,以进一步提高其光电转换效率。
发明内容
本发明的目的是克服上述现有技术的不足,提供一种新型异质结太阳能电池及其制备方法。
为实现上述目的,本发明提出的一种新型异质结太阳能电池的制备方法,包括以下步骤:
1)提供一磷掺杂的n型单晶硅片,对所述n型单晶硅片进行制绒处理,在所述n型单晶硅片的上表面形成类金子塔结构。
2)在所述n型单晶硅片的上表面的局部区域形成第一氮化硅阻挡层,将所述n型单晶硅片分为第一区和第二区,所述第一氮化硅阻挡层覆盖所述第一区,且所述第二区未被所述第一氮化硅阻挡层覆盖,在所述n型单晶硅片的下表面形成第二氮化硅阻挡层,所述第二氮化硅阻挡层完全覆盖所述n型单晶硅片的下表面。
3)接着将步骤2得到的n型单晶硅片在含氧气氛中进行热处理,在所述n型单晶硅片的上表面形成氧化硅层,使得所述n型单晶硅片中的所述第二区的表面的掺杂浓度低于所述n型单晶硅片内部的掺杂浓度。
4)接着利用氢氟酸溶液去除所述所述第一氮化硅阻挡层、所述第二氮化硅阻挡层以及所述所述氧化硅层。
5)接着在所述步骤4得到的所述n型单晶硅片的上表面旋涂含有Spiro-OMeTAD和层状CoS纳米晶的氯苯溶液,旋涂的转速为1500-2500转/分钟,然后进行第一次退火处理,形成一Spiro-OMeTAD层。
6)接着在所述步骤5得到的所述n型单晶硅片的上表面旋涂PEDOT:PSS的水溶液,然后进行第二次退火处理,形成一PEDOT:PSS层。
7)在所述步骤6得到的所述n型单晶硅片的上表面制备正面栅电极。
8)接着在所述n型单晶硅片的下表面蒸镀一氟化锂薄层,然后在所述n型单晶硅片的下表面制备背面电极。
作为优选,在所述步骤(2)中,通过PECVD法形成所述第一氮化硅阻挡层和所述第二氮化硅阻挡层,所述第一区包括多个呈阵列排布的圆形区域,所述圆形区域的的直径为1-3毫米,相邻所述圆形区域的间距为1-3毫米。
作为优选,在所述步骤(3)中,所述含氧气氛为水蒸气或氧气,所述热处理的温度为600-900℃,所述热处理的时间为10-30分钟。
作为优选,在所述步骤(5)中,所述含有Spiro-OMeTAD和层状CoS纳米晶的氯苯溶液中的Spiro-OMeTAD的浓度为10-30mg/ml,且层状CoS纳米晶得浓度为0.03-0.09mg/ml,所述第一次退火处理的温度为90-110℃,所述第一次退火处理的时间为10-20分钟。
作为优选,在所述步骤(6)中,旋涂的转速为1500-2500转/分钟,所述第二次退火处理的温度为110-120℃,所述第二次退火处理的时间为15-30分钟,所述PEDOT:PSS层的厚度为30-60纳米。
作为优选,在所述步骤(7)中,通过PVD法形成所述正面栅电极,所述正面栅电极的材质为银或铜,所述正面栅电极的厚度为150-250纳米。
作为优选,在所述步骤(8)中,所述氟化锂薄层的厚度为0.2-0.8纳米,通过PVD法形成所述背面电极,所述背面电极的材质为铝,所述背面电极的厚度为200-400纳米。
本发明还提出一种新型异质结太阳能电池,其采用上述方法制备形成的。
本发明与现有技术相比具有下列优点:
本发明的新型异质结太阳能电池的制备过程中,通过设置氮化硅阻挡层并在含氧气氛中进行热处理,使得所述n型单晶硅片中的所述第二区的表面的掺杂浓度低于所述n型单晶硅片内部的掺杂浓度,且通过优化第一区中的多个圆形区域的具体尺寸与间距,进而有效调节第一区的面积与第二区的面积的比值,进而改善n型单晶硅片与Spiro-OMeTAD层之间的肖特基接触势垒,进而提高该新型异质结太阳能电池的开路电压和填充因子。
在Spiro-OMeTAD层的制备过程中,通过在Spiro-OMeTAD的氯苯溶液中添加层状CoS纳米晶,并优化Spiro-OMeTAD以及层状CoS纳米晶各自的浓度,有效改善了Spiro-OMeTAD层与n型单晶硅片的接触性能,层状CoS纳米晶的存在提高了Spiro-OMeTAD层的功函数和电导率,有效抑制电子和空穴在Spiro-OMeTAD层与n型单晶硅片的接触界面处的复合,有效提高了电子空穴对的分离与传输,进而提高了该新型异质结太阳能电池的光电转换效率。
附图说明
图1为本发明的新型异质结太阳能电池的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示,本发明提出一种新型异质结太阳能电池,所述新型异质结太阳能电池从下至上包括背面电极1、氟化锂层2、n型单晶硅片3、Spiro-OMeTAD层4、PEDOT:PSS层5以及正面栅电极6。
本发明还提出上述新型异质结太阳能电池的制备方法,包括以下步骤:
1)提供一磷掺杂的n型单晶硅片,对所述n型单晶硅片进行制绒处理,在所述n型单晶硅片的上表面形成类金子塔结构。
2)在所述n型单晶硅片的上表面的局部区域形成第一氮化硅阻挡层,将所述n型单晶硅片分为第一区和第二区,所述第一氮化硅阻挡层覆盖所述第一区,且所述第二区未被所述第一氮化硅阻挡层覆盖,在所述n型单晶硅片的下表面形成第二氮化硅阻挡层,所述第二氮化硅阻挡层完全覆盖所述n型单晶硅片的下表面。
3)接着将步骤2得到的n型单晶硅片在含氧气氛中进行热处理,在所述n型单晶硅片的上表面形成氧化硅层,使得所述n型单晶硅片中的所述第二区的表面的掺杂浓度低于所述n型单晶硅片内部的掺杂浓度。
4)接着利用氢氟酸溶液去除所述第一氮化硅阻挡层、所述第二氮化硅阻挡层以及所述所述氧化硅层。
5)接着在所述步骤4得到的所述n型单晶硅片的上表面旋涂含有Spiro-OMeTAD和层状CoS纳米晶的氯苯溶液,旋涂的转速为1500-2500转/分钟,然后进行第一次退火处理,形成一Spiro-OMeTAD层。
6)接着在所述步骤5得到的所述n型单晶硅片的上表面旋涂PEDOT:PSS的水溶液,然后进行第二次退火处理,形成一PEDOT:PSS层。
7)在所述步骤6得到的所述n型单晶硅片的上表面制备正面栅电极。
8)接着在所述n型单晶硅片的下表面蒸镀一氟化锂薄层,然后在所述n型单晶硅片的下表面制备背面电极。
其中,在所述步骤(2)中,通过PECVD法形成所述第一氮化硅阻挡层和所述第二氮化硅阻挡层,所述第一区包括多个呈阵列排布的圆形区域,所述圆形区域的的直径为1-3毫米,相邻所述圆形区域的间距为1-3毫米;在所述步骤(3)中,所述含氧气氛为水蒸气或氧气,所述热处理的温度为600-900℃,所述热处理的时间为10-30分钟。在所述步骤(4)中,将步骤(3)得到的所述n型单晶硅片在氢氟酸溶液中浸泡5-20分钟以完全去除所述第一氮化硅阻挡层、所述第二氮化硅阻挡层以及所述所述氧化硅层。在所述步骤(5)中,所述含有Spiro-OMeTAD和层状CoS纳米晶的氯苯溶液中的Spiro-OMeTAD的浓度为10-30mg/ml,且层状CoS纳米晶得浓度为0.03-0.09mg/ml,所述第一次退火处理的温度为90-110℃,所述第一次退火处理的时间为10-20分钟。在所述步骤(6)中,旋涂的转速为1500-2500转/分钟,所述第二次退火处理的温度为110-120℃,所述第二次退火处理的时间为15-30分钟,所述PEDOT:PSS层的厚度为30-60纳米。在所述步骤(7)中,通过PVD法形成所述正面栅电极,所述正面栅电极的材质为银或铜,所述正面栅电极的厚度为150-250纳米。在所述步骤(8)中,所述氟化锂薄层的厚度为0.2-0.8纳米,通过PVD法形成所述背面电极,所述背面电极的材质为铝,所述背面电极的厚度为200-400纳米。
实施例1:
本发明一种新型异质结太阳能电池的制备方法,包括以下步骤:
1)提供一磷掺杂的n型单晶硅片,对所述n型单晶硅片进行制绒处理,在所述n型单晶硅片的上表面形成类金子塔结构。
2)在所述n型单晶硅片的上表面的局部区域形成第一氮化硅阻挡层,将所述n型单晶硅片分为第一区和第二区,所述第一氮化硅阻挡层覆盖所述第一区,且所述第二区未被所述第一氮化硅阻挡层覆盖,在所述n型单晶硅片的下表面形成第二氮化硅阻挡层,所述第二氮化硅阻挡层完全覆盖所述n型单晶硅片的下表面,其中,通过PECVD法形成所述第一氮化硅阻挡层和所述第二氮化硅阻挡层,所述第一区包括多个呈阵列排布的圆形区域,所述圆形区域的的直径为2毫米,相邻所述圆形区域的间距为2毫米。
3)接着将步骤2得到的n型单晶硅片在含氧气氛中进行热处理,在所述n型单晶硅片的上表面形成氧化硅层,使得所述n型单晶硅片中的所述第二区的表面的掺杂浓度低于所述n型单晶硅片内部的掺杂浓度,其中,所述含氧气氛为氧气,所述热处理的温度为800℃,所述热处理的时间为25分钟。
4)接着利用氢氟酸溶液去除所述第一氮化硅阻挡层、所述第二氮化硅阻挡层以及所述所述氧化硅层,其中,将步骤(3)得到的所述n型单晶硅片在氢氟酸溶液中浸泡15分钟以完全去除所述第一氮化硅阻挡层、所述第二氮化硅阻挡层以及所述所述氧化硅层。
5)接着在所述步骤4得到的所述n型单晶硅片的上表面旋涂含有Spiro-OMeTAD和层状CoS纳米晶的氯苯溶液,旋涂的转速为2000转/分钟,然后进行第一次退火处理,形成一Spiro-OMeTAD层,其中,所述含有Spiro-OMeTAD和层状CoS纳米晶的氯苯溶液中的Spiro-OMeTAD的浓度为20mg/ml,且层状CoS纳米晶得浓度为0.06mg/ml,所述第一次退火处理的温度为100℃,所述第一次退火处理的时间为15分钟。
6)接着在所述步骤5得到的所述n型单晶硅片的上表面旋涂PEDOT:PSS的水溶液,然后进行第二次退火处理,形成一PEDOT:PSS层,旋涂的转速为2200转/分钟,所述第二次退火处理的温度为115℃,所述第二次退火处理的时间为25分钟,所述PEDOT:PSS层的厚度为40纳米。
7)在所述步骤6得到的所述n型单晶硅片的上表面制备正面栅电极,其中,通过PVD法形成所述正面栅电极,所述正面栅电极的材质为银,所述正面栅电极的厚度为200纳米。
8)接着在所述n型单晶硅片的下表面蒸镀一氟化锂薄层,然后在所述n型单晶硅片的下表面制备背面电极,其中,所述氟化锂薄层的厚度为0.5纳米,通过PVD法形成所述背面电极,所述背面电极的材质为铝,所述背面电极的厚度为300纳米。
上述方法制备的新型异质结太阳能电池的开路电压为0.64V,短路电流为33.8mA/cm2,填充因子为0.79,光电转换效率为17.1%。
实施例2
本发明一种新型异质结太阳能电池的制备方法,包括以下步骤:
1)提供一磷掺杂的n型单晶硅片,对所述n型单晶硅片进行制绒处理,在所述n型单晶硅片的上表面形成类金子塔结构。
2)在所述n型单晶硅片的上表面的局部区域形成第一氮化硅阻挡层,将所述n型单晶硅片分为第一区和第二区,所述第一氮化硅阻挡层覆盖所述第一区,且所述第二区未被所述第一氮化硅阻挡层覆盖,在所述n型单晶硅片的下表面形成第二氮化硅阻挡层,所述第二氮化硅阻挡层完全覆盖所述n型单晶硅片的下表面,其中,通过PECVD法形成所述第一氮化硅阻挡层和所述第二氮化硅阻挡层,所述第一区包括多个呈阵列排布的圆形区域,所述圆形区域的的直径为3毫米,相邻所述圆形区域的间距为3毫米。
3)接着将步骤2得到的n型单晶硅片在含氧气氛中进行热处理,在所述n型单晶硅片的上表面形成氧化硅层,使得所述n型单晶硅片中的所述第二区的表面的掺杂浓度低于所述n型单晶硅片内部的掺杂浓度,其中,所述含氧气氛为水蒸气,所述热处理的温度为600℃,所述热处理的时间为30分钟。
4)接着利用氢氟酸溶液去除所述第一氮化硅阻挡层、所述第二氮化硅阻挡层以及所述所述氧化硅层,其中,将步骤(3)得到的所述n型单晶硅片在氢氟酸溶液中浸泡10分钟以完全去除所述第一氮化硅阻挡层、所述第二氮化硅阻挡层以及所述所述氧化硅层。
5)接着在所述步骤4得到的所述n型单晶硅片的上表面旋涂含有Spiro-OMeTAD和层状CoS纳米晶的氯苯溶液,旋涂的转速为2500转/分钟,然后进行第一次退火处理,形成一Spiro-OMeTAD层,其中,所述含有Spiro-OMeTAD和层状CoS纳米晶的氯苯溶液中的Spiro-OMeTAD的浓度为15mg/ml,且层状CoS纳米晶得浓度为0.08mg/ml,所述第一次退火处理的温度为95℃,所述第一次退火处理的时间为20分钟。
6)接着在所述步骤5得到的所述n型单晶硅片的上表面旋涂PEDOT:PSS的水溶液,然后进行第二次退火处理,形成一PEDOT:PSS层,旋涂的转速为1800转/分钟,所述第二次退火处理的温度为120℃,所述第二次退火处理的时间为30分钟,所述PEDOT:PSS层的厚度为50纳米。
7)在所述步骤6得到的所述n型单晶硅片的上表面制备正面栅电极,其中,通过PVD法形成所述正面栅电极,所述正面栅电极的材质为铜,所述正面栅电极的厚度为250纳米。
8)接着在所述n型单晶硅片的下表面蒸镀一氟化锂薄层,然后在所述n型单晶硅片的下表面制备背面电极,其中,所述氟化锂薄层的厚度为0.3纳米,通过PVD法形成所述背面电极,所述背面电极的材质为铝,所述背面电极的厚度为400纳米。
上述方法制备的新型异质结太阳能电池的开路电压为0.63V,短路电流为33.5mA/cm2,填充因子为0.77,光电转换效率为16.3%。
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)
1.一种新型异质结太阳能电池的制备方法,其特征在于:包括以下步骤:
1)提供一磷掺杂的n型单晶硅片,对所述n型单晶硅片进行制绒处理,在所述n型单晶硅片的上表面形成类金子塔结构;
2)在所述n型单晶硅片的上表面的局部区域形成第一氮化硅阻挡层,将所述n型单晶硅片分为第一区和第二区,所述第一氮化硅阻挡层覆盖所述第一区,且所述第二区未被所述第一氮化硅阻挡层覆盖,在所述n型单晶硅片的下表面形成第二氮化硅阻挡层,所述第二氮化硅阻挡层完全覆盖所述n型单晶硅片的下表面;
3)接着将步骤2得到的n型单晶硅片在含氧气氛中进行热处理,在所述n型单晶硅片的上表面形成氧化硅层,使得所述n型单晶硅片中的所述第二区的表面的掺杂浓度低于所述n型单晶硅片内部的掺杂浓度;
4)接着利用氢氟酸溶液去除所述所述第一氮化硅阻挡层、所述第二氮化硅阻挡层以及所述所述氧化硅层;
5)接着在所述步骤4得到的所述n型单晶硅片的上表面旋涂含有Spiro-OMeTAD和层状CoS纳米晶的氯苯溶液,旋涂的转速为1500-2500转/分钟,然后进行第一次退火处理,形成一Spiro-OMeTAD层;
6)接着在所述步骤5得到的所述n型单晶硅片的上表面旋涂PEDOT:PSS的水溶液,然后进行第二次退火处理,形成一PEDOT:PSS层;
7)在所述步骤6得到的所述n型单晶硅片的上表面制备正面栅电极;
8)接着在所述n型单晶硅片的下表面蒸镀一氟化锂薄层,然后在所述n型单晶硅片的下表面制备背面电极。
2.根据权利要求1所述的新型异质结太阳能电池的制造方法,其特征在于:在所述步骤(2)中,通过PECVD法形成所述第一氮化硅阻挡层和所述第二氮化硅阻挡层,所述第一区包括多个呈阵列排布的圆形区域,所述圆形区域的的直径为1-3毫米,相邻所述圆形区域的间距为1-3毫米。
3.根据权利要求1所述的新型异质结太阳能电池的制备方法,其特征在于:在所述步骤(3)中,所述含氧气氛为水蒸气或氧气,所述热处理的温度为600-900℃,所述热处理的时间为10-30分钟。
4.根据权利要求1所述的新型异质结太阳能电池的制备方法,其特征在于:在所述步骤(5)中,所述含有Spiro-OMeTAD和层状CoS纳米晶的氯苯溶液中的Spiro-OMeTAD的浓度为10-30mg/ml,且层状CoS纳米晶得浓度为0.03-0.09mg/ml,所述第一次退火处理的温度为90-110℃,所述第一次退火处理的时间为10-20分钟。
5.根据权利要求1所述的新型异质结太阳能电池的制备方法,其特征在于:在所述步骤(6)中,旋涂的转速为1500-2500转/分钟,所述第二次退火处理的温度为110-120℃,所述第二次退火处理的时间为15-30分钟,所述PEDOT:PSS层的厚度为30-60纳米。
6.根据权利要求1所述的新型异质结太阳能电池的制备方法,其特征在于:在所述步骤(7)中,通过PVD法形成所述正面栅电极,所述正面栅电极的材质为银或铜,所述正面栅电极的厚度为150-250纳米。
7.根据权利要求1所述的新型异质结太阳能电池的制备方法,其特征在于:在所述步骤(8)中,所述氟化锂薄层的厚度为0.2-0.8纳米,通过PVD法形成所述背面电极,所述背面电极的材质为铝,所述背面电极的厚度为200-400纳米。
8.一种新型异质结太阳能电池,其特征在于,采用权利要求1-7任一项所述的方法制备形成的。
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