CN109004054B - 一种硫化钼薄膜异质结太阳能电池及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种硫化钼薄膜异质结太阳能电池，其采用PVA/PVP光透膜层作为电池的窗口层，由于PVA/PVP光透膜层能够隔离空气，从而增加了硫化钼薄膜异质结太阳能电池的稳定性；并且其在P型单晶硅衬底与硫化钼薄膜层之间设置了氧化石墨烯中间层，通过氧化石墨烯中间层与P型单晶硅衬底接触，由于氧化石墨烯中含有氢键可以与P型单晶硅衬底表面的悬挂键结合，从而降低了P型单晶硅衬底的表面态，有利于提升电池的开路电压和短路电流，进一步提升本发明的硫化钼薄膜异质结太阳能电池的转换效率。

Description

一种硫化钼薄膜异质结太阳能电池及其制造方法
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，尤其涉及一种硫化钼薄膜异质结太阳能电池及其制造方法。
背景技术
太阳能光伏发电因其清洁、安全、便利、高效等特点，已成为世界各国普遍关注和重点发展的新兴产业。因此，深入研究和利用太阳能资源，对缓解资源危机、改善生态环境具有十分重要的意义。
在各种太阳能电池中，晶体硅太阳能电池虽然仍是主流的太阳能电池，但是其制造过程中需要用到高温扩散等复杂工艺，制造成本高，进一步提高转换效率受到限制。
而硫化钼薄膜的制备主要采用化学气相沉积法(CVD)，其具有过程简单、耗时少、成本低、合成的硫化钼薄膜具有高结晶度、面积大等优点，并且硫化钼薄膜材料具有高电子迁移率和优异的光、电、机械、化学、声、力学等特性，其在可见光区吸收系数大、光谱响应范围宽、导电性能优秀，与单晶硅结合构造异质结太阳能电池具有良好光伏特性和高的转换效率，因此硫化钼薄膜异质结太阳能电池具有广阔的应用前景。
发明内容
本发明提出了一种硫化钼薄膜异质结太阳能电池及其制造方法，以解决现有的硫化钼薄膜异质结太阳能电池稳定性差和转换效率低的问题。
为了解决上述问题，本发明提供一种硫化钼薄膜异质结太阳能电池，包括：
P型单晶硅衬底，所述P型单晶硅衬底的背面形成有铝背电极层，其正面由下至上依次形成有二氧化硅绝缘层、金电极层、钛电极层；所述二氧化硅绝缘层、金电极层、钛电极层上开设有开槽，所述开槽贯穿所述二氧化硅绝缘层、金电极层、钛电极层，止于所述P型单晶硅衬底的正面；
氧化石墨烯中间层，填充在所述开槽内，且所述氧化石墨烯中间层的底部与所述P型单晶硅衬底接触，其顶部与所述二氧化硅绝缘层的顶部齐平；
硫化钼薄膜层，形成在所述氧化石墨烯中间层上，且覆盖在所述钛电极层上；以及
PVA/PVP光透膜层，覆盖在所述硫化钼薄膜层上，作为电池的窗口层。
进一步地，所述PVA/PVP光透膜层与所述硫化钼薄膜层作为一整体覆盖在所述氧化石墨烯中间层及所述钛电极层上。
进一步地，所述氧化石墨烯中间层的厚度为2nm-10nm，所述二氧化硅绝缘层的厚度为50nm-300nm。
进一步地，所述金电极层的厚度为20nm-400nm，所述钛电极层的厚度为10nm-100nm。
进一步地，所述硫化钼薄膜层的厚度为0.7nm-20nm；所述PVA/PVP光透膜层的厚度为50μm-200μm，所述PVA/PVP光透膜层的光透率为80％-90％。
同时，本发明还提供一种硫化钼薄膜异质结太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
提供P型单晶硅衬底，在所述P型单晶硅衬底的正面制备二氧化硅绝缘层后清洗所述P型单晶硅衬底，去除其上的有机污渍与金属离子；
在所述P型单晶硅衬底的背面制备铝背电极层，并在真空环境下恒温退火0.8-1.2h；
将图形化的掩膜板覆盖在所述二氧化硅绝缘层上，使其遮住所述二氧化硅绝缘层的中部；采用电子束蒸发工艺在未被所述图形化的掩膜板遮挡的二氧化硅绝缘层上制备Au/Ti电极层，并在真空环境下恒温退火0.8-1.2h；
去除图形化的掩膜板；并在Au/Ti电极层上旋涂一层4μm-50μm的光刻胶；
采用刻蚀液将二氧化硅绝缘层中未覆盖Au/Ti电极层的部分刻蚀掉，在二氧化硅绝缘层中形成开槽；其中刻蚀液为质量百分比为2-15wt％的HF溶液与质量百分比为0-30wt％双氧水的混合液，且双氧水与HF溶液的质量比为1.3-2；且在刻蚀后用去离子水漂洗并用氮气高速吹干；
将氧化石墨烯溶解在去离子水中，获得胶体状氧化石墨烯溶液，并将胶体状氧化石墨烯溶液旋涂至二氧化硅绝缘层的开槽内，形成氧化石墨烯中间层，所述氧化石墨烯中间层的底部与所述P型单晶硅衬底接触，其顶部与所述二氧化硅绝缘层的顶部齐平；
采用化学气相沉积法在第二硅片上制备硫化钼薄膜层，其中所述第二硅片上形成有与Au/Ti电极层的图形相匹配的图形化的二氧化硅绝缘层，所述硫化钼薄膜层制备在所述图形化的二氧化硅绝缘层上；并在所述硫化钼薄膜层上依次制备PVP层和PVA层，形成PVA/PVP光透膜层；
将所述硫化钼薄膜层与所述PVA/PVP光透膜层构成的整体从所述第二硅片上剥离并转移至所述P型单晶硅衬底上，使得所述硫化钼薄膜层与所述PVA/PVP光透膜层构成的整体覆盖在氧化石墨烯中间层及钛电极层上。
进一步地，清洗所述P型单晶硅衬底具体为：采用丙酮超声清洗4-6min去除其表面的有机物污垢，然后用酒精超声清洗4-6min去除硅片表面的丙酮。
进一步地，采用化学气相沉积法在第二硅片上制备硫化钼薄膜层具体为：将制备有图形化的二氧化硅绝缘层的第二硅片置于CVD反应设备的石英管内，石英管内通入氩气，气流保持在50sccm，加入硫粉0.2g、氧化钼6mg，控制反应温度为680-720℃，反应时间为4-6min，反应完成后自然冷却至室温。
进一步地，在硫化钼薄膜层上制备PVA/PVP光透膜层具体包括：
制备PVA溶液：将固体PVA颗粒2.5g和25ml去离子水混合，并在70℃下用磁力搅拌器搅拌1h即得到PVA溶液；
制备PVP溶液：将1.5gPVP颗粒、1.5ml乙烯基吡咯烷酮、1ml去离子水和7ml酒精充分混合得到PVP溶液；
制备PVA层：将PVA溶液以1500rpm的转速旋涂到硫化钼薄膜层上，并在75℃下恒温保持12min，形成PVA层；
制备PVP层：将PVP溶液以1500rpm的转速旋涂到PVA层上，并在75℃下恒温保持12min，形成PVP层。
本发明由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，存在以下的优点和积极效果：
1)本发明提供的硫化钼薄膜异质结太阳能电池，其采用PVA/PVP光透膜层作为电池的窗口层，由于PVA/PVP光透膜层能够隔离空气，从而增加了硫化钼薄膜异质结太阳能电池的稳定性；
2)本发明提供的硫化钼薄膜异质结太阳能电池，其在P型单晶硅衬底与硫化钼薄膜层之间设置了氧化石墨烯中间层，通过氧化石墨烯中间层与P型单晶硅衬底接触，由于氧化石墨烯中含有氢键可以与P型单晶硅衬底表面的悬挂键结合，从而降低了P型单晶硅衬底的表面态，有利于提升电池的开路电压和短路电流，进一步提升本发明的硫化钼薄膜异质结太阳能电池的转换效率。
附图说明
图1是本发明实施例提供的硫化钼薄膜异质结太阳能电池的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的硫化钼薄膜异质结太阳能电池的制造方法的流程示意图；
图3A-图3F是本发明实施例提供的硫化钼薄膜异质结太阳能电池的制造方法的各步骤对应的器件结构示意图。
图中：1-PVA/PVP光透膜层，2-硫化钼薄膜层，3-Ti电极层，4-Au电极层，5-二氧化硅绝缘层，6-氧化石墨烯中间层，7-P型单晶硅衬底，8-铝背电极层。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的硫化钼薄膜异质结太阳能电池及其制造方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
申请人在提出本申请之前，对现有的硫化钼薄膜异质结太阳能电池进行了充分的研究，通过大量的理论验证和实验研究发现了现有的硫化钼薄膜异质结太阳能电池之所以转换效率不理想，是由于其结构存在以下不足之处：
1)现有的硫化钼薄膜异质结太阳能电池采用掺F的SnO2(简称FTO)作为电池的窗口层，由于扩散作用，F离子会扩散到硫化钼薄膜中，而F离子会影响硫化钼薄膜的结构稳定性，因而造成现有的硫化钼薄膜异质结太阳能电池在使用过程中的稳定性差；
2)现有的硫化钼薄膜异质结太阳能电池，其硫化钼薄膜与单晶硅直接接触，由于单晶硅的表面态没有被减弱，导致单晶硅表面的悬挂键对电子有较强的束缚能力，所以导致接触电阻较大，从而制约了电池的开路电压和短路电流，不利于电池转换效率的提高。
申请人充分考虑了现有的硫化钼薄膜异质结太阳能电池结构的上述不足之处，创造性地提出了一种改进型的硫化钼薄膜异质结太阳能电池。请参考图1，如图1所示，本发明实施例提供的硫化钼薄膜异质结太阳能电池包括P型单晶硅衬底7，所述P型单晶硅衬底7的背面形成有铝背电极层8，其正面由下至上依次形成有二氧化硅绝缘层5、金电极层4、钛电极层3；所述二氧化硅绝缘层5、金电极层4、钛电极层3上开设有开槽，所述开槽贯穿所述二氧化硅绝缘层5、金电极层4、钛电极层3，止于所述P型单晶硅衬底7的正面；在该开槽内填充有氧化石墨烯中间层6，且所述氧化石墨烯中间层6的底部与所述P型单晶硅衬底7接触，其顶部与所述二氧化硅绝缘层5的顶部齐平；在所述氧化石墨烯中间层6上形成有硫化钼薄膜层2，且硫化钼薄膜层2覆盖在所述钛电极层3上；在所述硫化钼薄膜层2上覆盖有PVA/PVP光透膜层1，作为电池的窗口层。
本发明提供的硫化钼薄膜异质结太阳能电池，其采用PVA/PVP光透膜层1作为电池的窗口层，由于PVA/PVP光透膜层1能够隔离空气，从而增加了硫化钼薄膜异质结太阳能电池的稳定性；并且其在P型单晶硅衬底7与硫化钼薄膜层2之间设置了氧化石墨烯中间层6，通过氧化石墨烯中间层6与P型单晶硅衬底7接触，由于氧化石墨烯中含有氢键可以与P型单晶硅衬底表面的悬挂键结合，从而降低了P型单晶硅衬底的表面态，有利于提升电池的开路电压和短路电流，进一步提升本发明的硫化钼薄膜异质结太阳能电池的转换效率。
在本发明的一个实施例中，所述PVA/PVP光透膜层1与所述硫化钼薄膜层2作为一整体覆盖在所述氧化石墨烯中间层6及所述钛电极层3上。当然，在其它实施例中也可以先在所述氧化石墨烯中间层6及所述钛电极层3上覆盖硫化钼薄膜层2，再在硫化钼薄膜层2上覆盖PVA/PVP光透膜层1。
其中，所述氧化石墨烯中间层6的厚度为2nm-10nm，所述二氧化硅绝缘层5的厚度为50nm-300nm。
其中，所述金电极层4的厚度为20nm-400nm，所述钛电极层3的厚度为10nm-100nm。
所述硫化钼薄膜层2的厚度为0.7nm-20nm；所述PVA/PVP光透膜层1的厚度为50μm-200μm，所述PVA/PVP光透膜层1的光透率为80％-90％。本发明之所以将PVA/PVP光透膜层1的厚度设置为50μm-200μm，是因为申请人在大量的实验研究中发现PVA/PVP光透膜层1的厚度不仅会影响PVA/PVP光透膜层1的光透过率，还会影响硫化钼薄膜层的稳定性；PVA/PVP光透膜层1的厚度设置太厚有利于提高硫化钼薄膜层的稳定性，然而却会降低PVA/PVP光透膜层的光透过率。申请人综合考虑了PVA/PVP光透膜层1的厚度对PVA/PVP光透膜层1的光透过率与硫化钼薄膜层的稳定性带来的影响，将PVA/PVP光透膜层1的厚度设置为50μm-200μm，既保证了硫化钼薄膜层的良好的稳定性，又保证了PVA/PVP光透膜层1的光透率，使得其光透过率为80％-90％。
请继续参考图2及图3A-图3F，结合图2及图3A-图3F，本发明实施例提供的硫化钼薄膜异质结太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
S1：P型单晶硅衬底清洗
具体地，该步骤为：提供P型单晶硅衬底7，在所述P型单晶硅衬底7的正面制备二氧化硅绝缘层5后清洗所述P型单晶硅衬底7，去除其上的有机污渍与金属离子。
制备有二氧化硅绝缘层5后的器件结构示意图如图3A所示，其中，P型单晶硅衬底7的厚度为150μm-300μm，二氧化硅绝缘层5的厚度为50nm-300nm；清洗P型单晶硅衬底具体为：采用丙酮超声清洗4-6min去除其表面的有机物污垢，然后用酒精超声清洗4-6min去除硅片表面的丙酮，得到洁净的P型单晶硅衬底。
S2：背电极制备
具体地，该步骤为：将所述P型单晶硅衬底7放置在高真空环境下，给挂有4g-5g的钨丝加170V电压，将铝蒸发到P型单晶硅衬底7的背面上，铝电极厚度为50nm-00nm，并在真空环境下450℃恒温退火0.8-1.2h；该步骤完成后的器件结构示意图如图3B所示。
S3：图形化的Au/Ti电极层的制备
该步骤为：将图形化的掩膜板覆盖在所述二氧化硅绝缘层5上，使其遮住所述二氧化硅绝缘层5的中部；采用电子束蒸发工艺在未被所述图形化的掩膜板遮挡的二氧化硅绝缘层上制备Au/Ti电极层，并在真空环境下恒温退火0.8-1.2h；其中，电极层4的厚度为20nm-400nm，钛电极层3的厚度为10nm-100nm；该步骤完成后的器件结构示意图如图3C所示。
S4：在图形化的Au/Ti电极层上旋涂光刻胶
具体地，去除图形化的掩膜板；并在图形化的Au/Ti电极层上旋涂一层4μm-50μm的光刻胶。
S5：以图像化的光刻胶为掩模刻蚀二氧化硅层，形成开槽
具体地，该步骤为：采用刻蚀液将二氧化硅绝缘层中未覆盖Au/Ti电极层的部分刻蚀掉，在二氧化硅绝缘层中形成开槽；其中刻蚀液为质量百分比为2-15wt％的HF溶液与质量百分比为0-30wt％双氧水的混合液，且双氧水与HF溶液的质量比为1.3-2，刻蚀速率约为2nm/s；且在刻蚀后用去离子水漂洗3min以上，并用氮气高速吹干；该步骤完成后的器件结构示意图如图3D所示。
S6：在开槽内形成氧化石墨烯中间层
具体地，该步骤为：将氧化石墨烯溶解在去离子水中，获得胶体状氧化石墨烯溶液，并将胶体状氧化石墨烯溶液在1500rpm的转速下旋涂至二氧化硅绝缘层的开槽内，形成氧化石墨烯中间层6，所述氧化石墨烯中间层6的底部与所述P型单晶硅衬底7接触，其顶部与所述二氧化硅绝缘层5的顶部齐平；该步骤完成后的器件结构示意图如图3E所示。
S7：在第二硅片上依次形成图形化的硫化钼薄膜层与PVA/PVP光透膜层
具体地，该步骤为：采用化学气相沉积法在第二硅片上制备硫化钼薄膜层，其中所述第二硅片上形成有与Au/Ti电极层的图形相匹配的图形化的二氧化硅绝缘层，所述硫化钼薄膜层制备在所述图形化的二氧化硅绝缘层上；并在所述硫化钼薄膜层上依次制备PVP层和PVA层，形成PVA/PVP光透膜层。
其中，采用化学气相沉积法在第二硅片上制备硫化钼薄膜层具体为：将制备有图形化的二氧化硅绝缘层的第二硅片置于CVD反应设备的石英管内，石英管内通入氩气，气流保持在50sccm，加入硫粉0.2g、氧化钼6mg，控制反应温度为680-720℃，反应时间为4-6min，反应完成后自然冷却至室温。
其中，在硫化钼薄膜层上制备PVA/PVP光透膜层具体包括：
制备PVA溶液：将固体PVA颗粒2.5g和25ml去离子水混合，并在70℃下用磁力搅拌器搅拌1h即得到PVA溶液；
制备PVP溶液：将1.5gPVP颗粒、1.5ml乙烯基吡咯烷酮、1ml去离子水和7ml酒精充分混合得到PVP溶液；
制备PVA层：将PVA溶液以1500rpm的转速旋涂到硫化钼薄膜层上，并在75℃下恒温保持12min，形成PVA层；
制备PVP层：将PVP溶液以1500rpm的转速旋涂到PVA层上，并在75℃下恒温保持12min，形成PVP层。
S8：将硫化钼薄膜层与所述PVA/PVP光透膜层转移至P型单晶硅衬底上
具体地，该步骤为：将所述硫化钼薄膜层2与所述PVA/PVP光透膜层1构成的整体从所述第二硅片上剥离并转移至所述P型单晶硅衬底上，使得所述硫化钼薄膜层2与所述PVA/PVP光透膜层1构成的整体覆盖在氧化石墨烯中间层6及钛电极层3上；该步骤完成后的器件结构示意图如图3F所示。
当然，本领域技术人员应该认识到，在上述方法中，步骤S7并不一定设置在步骤S6之后，步骤S7可以位于步骤S1-S6中的任一步骤之前或之后。
以下给出几个具体实施例来进一步对本发明提供的硫化钼薄膜异质结太阳能电池的制备方法进行进一步说明。
实施例1
该实施例的硫化钼薄膜异质结太阳能电池的制备方法具体包括以下步骤：
(1)清洗单侧具有二氧化硅绝缘层的P型单晶硅衬底，P型单晶硅衬底的厚度为150μm，用丙酮超声清洗5min去除其表面的有机物污垢，然后用酒精超声清洗5min去除硅片表面的丙酮；
(2)在清洗后的P型单晶硅衬底上没有二氧化硅绝缘层的一面制备铝背电极层，具体地，在高真空环境下，给挂有4g-5g的钨丝加170V电压，将铝蒸发到P型单晶硅衬底的对应侧形成铝背电极层，铝背电极层的厚度为50nm，并在真空环境下450℃恒温退火1h；
(3)用掩膜板遮住二氧化硅绝缘层的表面，采用电子束蒸发的方法制备Au/Ti电极，金电极的厚度为20nm，钛电极的厚度为10nm，并在真空环境下400℃恒温退火1h；
(4)在Au/Ti电极上旋涂一层4μm的光刻胶；
(5)采用2％的HF溶液将硅片P型单晶硅衬底上未覆盖Au/Ti电极的二氧化硅刻蚀掉，其中刻蚀液为质量百分比为2-15wt％的HF溶液与质量百分比为0-30wt％双氧水的混合液，且双氧水与HF溶液的质量比为1.3-2，刻蚀速率约为2nm/s；且在刻蚀后用去离子水漂洗3min以上，并用氮气高速吹干；
(6)将氧化石墨烯溶解在去离子水中，获得胶体状氧化石墨烯溶液，并将胶体状氧化石墨烯溶液在1500rpm的转速下旋涂至二氧化硅绝缘层的开槽内，形成氧化石墨烯中间层，所述氧化石墨烯中间层的底部与所述P型单晶硅衬底接触，其顶部与所述二氧化硅绝缘层的顶部齐平；
(7)采用CVD在表面有二氧化硅绝缘层的第二硅片上制备大面积连续的硫化钼薄膜及PVA/PVP光透膜层；其中硫化钼薄膜的制备具体为：石英管内通入氩气，气流保持在50sccm，加入硫粉0.2g、氧化钼6mg，控制反应温度为700℃，反应时间为5min，反应完成后自然冷却至室温。PVA/PVP光透膜层的制备具体为：
PVA溶液的制备：将固体PVA颗粒2.5g和25ml去离子水混合，并在70℃下用磁力搅拌器搅拌1h即得到PVA溶液；
PVP溶液制备：将1.5gPVP颗粒、1.5ml乙烯基吡咯烷酮、1ml去离子水和7ml酒精充分混合得到PVP溶液。
将PVP溶液采用1500rpm的转速旋涂到硫化钼薄膜上，在75℃下恒温12min，然后采用同样的参数再旋涂一层PVA。
(8)将硫化钼薄膜层与PVA/PVP光透膜层构成的整体从第二硅片上剥离并转移至P型单晶硅衬底上，使得硫化钼薄膜层与所述PVA/PVP光透膜层构成的整体覆盖在氧化石墨烯中间层及钛电极层上，得到硫化钼薄膜异质结太阳能电池。
实施例2
该实施例的硫化钼薄膜异质结太阳能电池的制备方法具体包括以下步骤：
(1)清洗单侧具有二氧化硅绝缘层的P型单晶硅衬底，P型单晶硅衬底的厚度为200μm，用丙酮超声清洗5min去除其表面的有机物污垢，然后用酒精超声清洗5min去除硅片表面的丙酮；
(2)在清洗后的P型单晶硅衬底上没有二氧化硅绝缘层的一面制备铝背电极层，具体地，在高真空环境下，给挂有4g-5g的钨丝加170V电压，将铝蒸发到P型单晶硅衬底的对应侧形成铝背电极层，铝背电极层的厚度为100nm，并在真空环境下450℃恒温退火1h；
(3)用掩膜板遮住二氧化硅绝缘层的表面，采用电子束蒸发的方法制备Au/Ti电极，金电极的厚度为50nm，钛电极的厚度为20nm，并在真空环境下400℃恒温退火1h；
(4)在Au/Ti电极上旋涂一层6μm的光刻胶；
(5)采用4％的HF溶液将硅片P型单晶硅衬底上未覆盖Au/Ti电极的二氧化硅刻蚀掉，其中刻蚀液为质量百分比为2-15wt％的HF溶液与质量百分比为0-30wt％双氧水的混合液，且双氧水与HF溶液的质量比为1.3-2，刻蚀速率约为2nm/s；且在刻蚀后用去离子水漂洗3min以上，并用氮气高速吹干；
(6)将氧化石墨烯溶解在去离子水中，获得胶体状氧化石墨烯溶液，并将胶体状氧化石墨烯溶液在1500rpm的转速下旋涂至二氧化硅绝缘层的开槽内，形成氧化石墨烯中间层，所述氧化石墨烯中间层的底部与所述P型单晶硅衬底接触，其顶部与所述二氧化硅绝缘层的顶部齐平；
(7)采用CVD在表面有二氧化硅绝缘层的第二硅片上制备大面积连续的硫化钼薄膜及PVA/PVP光透膜层；其中硫化钼薄膜的制备具体为：石英管内通入氩气，气流保持在50sccm，加入硫粉0.2g、氧化钼6mg，控制反应温度为700℃，反应时间为5min，反应完成后自然冷却至室温。PVA/PVP光透膜层的制备具体为：
PVA溶液的制备：将固体PVA颗粒2.5g和25ml去离子水混合，并在70℃下用磁力搅拌器搅拌1h即得到PVA溶液；
PVP溶液制备：将1.5gPVP颗粒、1.5ml乙烯基吡咯烷酮、1ml去离子水和7ml酒精充分混合得到PVP溶液。
将PVP溶液采用1500rpm的转速旋涂到硫化钼薄膜上，在75℃下恒温12min，然后采用同样的参数再旋涂一层PVA。
(8)将硫化钼薄膜层与PVA/PVP光透膜层构成的整体从第二硅片上剥离并转移至P型单晶硅衬底上，使得硫化钼薄膜层与所述PVA/PVP光透膜层构成的整体覆盖在氧化石墨烯中间层及钛电极层上，得到硫化钼薄膜异质结太阳能电池。
实施例3
该实施例的硫化钼薄膜异质结太阳能电池的制备方法具体包括以下步骤：
(1)清洗单侧具有二氧化硅绝缘层的P型单晶硅衬底，P型单晶硅衬底的厚度为250μm，用丙酮超声清洗5min去除其表面的有机物污垢，然后用酒精超声清洗5min去除硅片表面的丙酮；
(2)在清洗后的P型单晶硅衬底上没有二氧化硅绝缘层的一面制备铝背电极层，具体地，在高真空环境下，给挂有4g-5g的钨丝加170V电压，将铝蒸发到P型单晶硅衬底的对应侧形成铝背电极层，铝背电极层的厚度为150nm，并在真空环境下450℃恒温退火1h；
(3)用掩膜板遮住二氧化硅绝缘层的表面，采用电子束蒸发的方法制备Au/Ti电极，金电极的厚度为100nm，钛电极的厚度为40nm，并在真空环境下400℃恒温退火1h；
(4)在Au/Ti电极上旋涂一层7μm的光刻胶；
(5)采用6％的HF溶液将硅片P型单晶硅衬底上未覆盖Au/Ti电极的二氧化硅刻蚀掉，其中刻蚀液为质量百分比为2-15wt％的HF溶液与质量百分比为0-30wt％双氧水的混合液，且双氧水与HF溶液的质量比为1.3-2，刻蚀速率约为2nm/s；且在刻蚀后用去离子水漂洗3min以上，并用氮气高速吹干；
(6)将氧化石墨烯溶解在去离子水中，获得胶体状氧化石墨烯溶液，并将胶体状氧化石墨烯溶液在1500rpm的转速下旋涂至二氧化硅绝缘层的开槽内，形成氧化石墨烯中间层，所述氧化石墨烯中间层的底部与所述P型单晶硅衬底接触，其顶部与所述二氧化硅绝缘层的顶部齐平；
(7)采用CVD在表面有二氧化硅绝缘层的第二硅片上制备大面积连续的硫化钼薄膜及PVA/PVP光透膜层；其中硫化钼薄膜的制备具体为：石英管内通入氩气，气流保持在50sccm，加入硫粉0.2g、氧化钼6mg，控制反应温度为700℃，反应时间为5min，反应完成后自然冷却至室温。PVA/PVP光透膜层的制备具体为：
PVA溶液的制备：将固体PVA颗粒2.5g和25ml去离子水混合，并在70℃下用磁力搅拌器搅拌1h即得到PVA溶液；
PVP溶液制备：将1.5gPVP颗粒、1.5ml乙烯基吡咯烷酮、1ml去离子水和7ml酒精充分混合得到PVP溶液。
将PVP溶液采用1500rpm的转速旋涂到硫化钼薄膜上，在75℃下恒温12min，然后采用同样的参数再旋涂一层PVA。
(8)将硫化钼薄膜层与PVA/PVP光透膜层构成的整体从第二硅片上剥离并转移至P型单晶硅衬底上，使得硫化钼薄膜层与所述PVA/PVP光透膜层构成的整体覆盖在氧化石墨烯中间层及钛电极层上，得到硫化钼薄膜异质结太阳能电池。
实施例4
该实施例的硫化钼薄膜异质结太阳能电池的制备方法具体包括以下步骤：
(1)清洗单侧具有二氧化硅绝缘层的P型单晶硅衬底，P型单晶硅衬底的厚度为300μm，用丙酮超声清洗5min去除其表面的有机物污垢，然后用酒精超声清洗5min去除硅片表面的丙酮；
(2)在清洗后的P型单晶硅衬底上没有二氧化硅绝缘层的一面制备铝背电极层，具体地，在高真空环境下，给挂有4g-5g的钨丝加170V电压，将铝蒸发到P型单晶硅衬底的对应侧形成铝背电极层，铝背电极层的厚度为200nm，并在真空环境下450℃恒温退火1h；
(3)用掩膜板遮住二氧化硅绝缘层的表面，采用电子束蒸发的方法制备Au/Ti电极，金电极的厚度为200nm，钛电极的厚度为60nm，并在真空环境下400℃恒温退火1h；
(4)在Au/Ti电极上旋涂一层8μm的光刻胶；
(5)采用9％的HF溶液将硅片P型单晶硅衬底上未覆盖Au/Ti电极的二氧化硅刻蚀掉，其中刻蚀液为质量百分比为2-15wt％的HF溶液与质量百分比为0-30wt％双氧水的混合液，且双氧水与HF溶液的质量比为1.3-2，刻蚀速率约为2nm/s；且在刻蚀后用去离子水漂洗3min以上，并用氮气高速吹干；
(6)将氧化石墨烯溶解在去离子水中，获得胶体状氧化石墨烯溶液，并将胶体状氧化石墨烯溶液在1500rpm的转速下旋涂至二氧化硅绝缘层的开槽内，形成氧化石墨烯中间层，所述氧化石墨烯中间层的底部与所述P型单晶硅衬底接触，其顶部与所述二氧化硅绝缘层的顶部齐平；
(7)采用CVD在表面有二氧化硅绝缘层的第二硅片上制备大面积连续的硫化钼薄膜及PVA/PVP光透膜层；其中硫化钼薄膜的制备具体为：石英管内通入氩气，气流保持在50sccm，加入硫粉0.2g、氧化钼6mg，控制反应温度为700℃，反应时间为5min，反应完成后自然冷却至室温。PVA/PVP光透膜层的制备具体为：
PVA溶液的制备：将固体PVA颗粒2.5g和25ml去离子水混合，并在70℃下用磁力搅拌器搅拌1h即得到PVA溶液；
PVP溶液制备：将1.5gPVP颗粒、1.5ml乙烯基吡咯烷酮、1ml去离子水和7ml酒精充分混合得到PVP溶液。
将PVP溶液采用1500rpm的转速旋涂到硫化钼薄膜上，在75℃下恒温12min，然后采用同样的参数再旋涂一层PVA。
(8)将硫化钼薄膜层与PVA/PVP光透膜层构成的整体从第二硅片上剥离并转移至P型单晶硅衬底上，使得硫化钼薄膜层与所述PVA/PVP光透膜层构成的整体覆盖在氧化石墨烯中间层及钛电极层上，得到硫化钼薄膜异质结太阳能电池。
实施例5
该实施例的硫化钼薄膜异质结太阳能电池的制备方法具体包括以下步骤：
(1)清洗单侧具有二氧化硅绝缘层的P型单晶硅衬底，P型单晶硅衬底的厚度为300μm，用丙酮超声清洗5min去除其表面的有机物污垢，然后用酒精超声清洗5min去除硅片表面的丙酮；
(2)在清洗后的P型单晶硅衬底上没有二氧化硅绝缘层的一面制备铝背电极层，具体地，在高真空环境下，给挂有4g-5g的钨丝加170V电压，将铝蒸发到P型单晶硅衬底的对应侧形成铝背电极层，铝背电极层的厚度为250nm，并在真空环境下450℃恒温退火1h；
(3)用掩膜板遮住二氧化硅绝缘层的表面，采用电子束蒸发的方法制备Au/Ti电极，金电极的厚度为300nm，钛电极的厚度为80nm，并在真空环境下400℃恒温退火1h；
(4)在Au/Ti电极上旋涂一层10μm的光刻胶；
(5)采用6％的HF溶液将硅片P型单晶硅衬底上未覆盖Au/Ti电极的二氧化硅刻蚀掉，其中刻蚀液为质量百分比为2-15wt％的HF溶液与质量百分比为0-30wt％双氧水的混合液，且双氧水与HF溶液的质量比为1.3-2，刻蚀速率约为2nm/s；且在刻蚀后用去离子水漂洗3min以上，并用氮气高速吹干；
(6)将氧化石墨烯溶解在去离子水中，获得胶体状氧化石墨烯溶液，并将胶体状氧化石墨烯溶液在1500rpm的转速下旋涂至二氧化硅绝缘层的开槽内，形成氧化石墨烯中间层，所述氧化石墨烯中间层的底部与所述P型单晶硅衬底接触，其顶部与所述二氧化硅绝缘层的顶部齐平；
(7)采用CVD在表面有二氧化硅绝缘层的第二硅片上制备大面积连续的硫化钼薄膜及PVA/PVP光透膜层；其中硫化钼薄膜的制备具体为：石英管内通入氩气，气流保持在50sccm，加入硫粉0.2g、氧化钼6mg，控制反应温度为700℃，反应时间为5min，反应完成后自然冷却至室温。PVA/PVP光透膜层的制备具体为：
PVA溶液的制备：将固体PVA颗粒2.5g和25ml去离子水混合，并在70℃下用磁力搅拌器搅拌1h即得到PVA溶液；
PVP溶液制备：将1.5gPVP颗粒、1.5ml乙烯基吡咯烷酮、1ml去离子水和7ml酒精充分混合得到PVP溶液。
将PVP溶液采用1500rpm的转速旋涂到硫化钼薄膜上，在75℃下恒温12min，然后采用同样的参数再旋涂一层PVA。
(8)将硫化钼薄膜层与PVA/PVP光透膜层构成的整体从第二硅片上剥离并转移至P型单晶硅衬底上，使得硫化钼薄膜层与所述PVA/PVP光透膜层构成的整体覆盖在氧化石墨烯中间层及钛电极层上，得到硫化钼薄膜异质结太阳能电池。
实施例6
该实施例的硫化钼薄膜异质结太阳能电池的制备方法具体包括以下步骤：
(1)清洗单侧具有二氧化硅绝缘层的P型单晶硅衬底，P型单晶硅衬底的厚度为300μm，用丙酮超声清洗5min去除其表面的有机物污垢，然后用酒精超声清洗5min去除硅片表面的丙酮；
(2)在清洗后的P型单晶硅衬底上没有二氧化硅绝缘层的一面制备铝背电极层，具体地，在高真空环境下，给挂有4g-5g的钨丝加170V电压，将铝蒸发到P型单晶硅衬底的对应侧形成铝背电极层，铝背电极层的厚度为300nm，并在真空环境下450℃恒温退火1h；
(3)用掩膜板遮住二氧化硅绝缘层的表面，采用电子束蒸发的方法制备Au/Ti电极，金电极的厚度为350nm，钛电极的厚度为100nm，并在真空环境下400℃恒温退火1h；
(4)在Au/Ti电极上旋涂一层10μm的光刻胶；
(5)采用15％的HF溶液将硅片P型单晶硅衬底上未覆盖Au/Ti电极的二氧化硅刻蚀掉，其中刻蚀液为质量百分比为2-15wt％的HF溶液与质量百分比为0-30wt％双氧水的混合液，且双氧水与HF溶液的质量比为1.3-2，刻蚀速率约为2nm/s；且在刻蚀后用去离子水漂洗3min以上，并用氮气高速吹干；
(6)将氧化石墨烯溶解在去离子水中，获得胶体状氧化石墨烯溶液，并将胶体状氧化石墨烯溶液在1500rpm的转速下旋涂至二氧化硅绝缘层的开槽内，形成氧化石墨烯中间层，所述氧化石墨烯中间层的底部与所述P型单晶硅衬底接触，其顶部与所述二氧化硅绝缘层的顶部齐平；
(7)采用CVD在表面有二氧化硅绝缘层的第二硅片上制备大面积连续的硫化钼薄膜及PVA/PVP光透膜层；其中硫化钼薄膜的制备具体为：石英管内通入氩气，气流保持在50sccm，加入硫粉0.2g、氧化钼6mg，控制反应温度为700℃，反应时间为5min，反应完成后自然冷却至室温。PVA/PVP光透膜层的制备具体为：
PVA溶液的制备：将固体PVA颗粒2.5g和25ml去离子水混合，并在70℃下用磁力搅拌器搅拌1h即得到PVA溶液；
PVP溶液制备：将1.5gPVP颗粒、1.5ml乙烯基吡咯烷酮、1ml去离子水和7ml酒精充分混合得到PVP溶液。
将PVP溶液采用1500rpm的转速旋涂到硫化钼薄膜上，在75℃下恒温12min，然后采用同样的参数再旋涂一层PVA。
(8)将硫化钼薄膜层与PVA/PVP光透膜层构成的整体从第二硅片上剥离并转移至P型单晶硅衬底上，使得硫化钼薄膜层与所述PVA/PVP光透膜层构成的整体覆盖在氧化石墨烯中间层及钛电极层上，得到硫化钼薄膜异质结太阳能电池。
上述实施例1-6的制备方法的参数如表1所示。
Figure BDA0001727695660000151
表1：各实施例的制备参数
经测试和检验，本发明上述实施例制备得到的硫化钼薄膜异质结太阳能电池，其稳定性相较于现有的硫化钼薄膜异质结太阳能电池大大提高，且其开路电压和短路电流也有显著提升，转换效率相较于现有的硫化钼薄膜异质结太阳能电池提高了8％-10％。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (9)

1.一种硫化钼薄膜异质结太阳能电池的制备方法，其特征在于，
所述硫化钼薄膜异质结太阳能电池，包括：
P型单晶硅衬底，所述P型单晶硅衬底的背面形成有铝背电极层，其正面由下至上依次形成有二氧化硅绝缘层、金电极层、钛电极层；所述二氧化硅绝缘层、金电极层、钛电极层上开设有开槽，所述开槽贯穿所述二氧化硅绝缘层、金电极层、钛电极层，止于所述P型单晶硅衬底的正面；
氧化石墨烯中间层，填充在所述开槽内，且所述氧化石墨烯中间层的底部与所述P型单晶硅衬底接触，其顶部与所述二氧化硅绝缘层的顶部齐平；
硫化钼薄膜层，形成在所述氧化石墨烯中间层上，且覆盖在所述钛电极层上；以及
PVA/PVP光透膜层，覆盖在所述硫化钼薄膜层上，作为电池的窗口层；
所述的制备方法，包括以下步骤：
提供P型单晶硅衬底，在所述P型单晶硅衬底的正面制备二氧化硅绝缘层后清洗所述P型单晶硅衬底，去除其上的有机污渍与金属离子；
在所述P型单晶硅衬底的背面制备铝背电极层，并在真空环境下恒温退火0.8-1.2h；
将图形化的掩膜板覆盖在所述二氧化硅绝缘层上，使其遮住所述二氧化硅绝缘层的中部；采用电子束蒸发工艺在未被所述图形化的掩膜板遮挡的二氧化硅绝缘层上制备Au/Ti电极层，并在真空环境下恒温退火0.8-1.2h；
去除图形化的掩膜板；并在Au/Ti电极层上旋涂一层4μm-50μm的光刻胶；
采用刻蚀液将二氧化硅绝缘层中未覆盖Au/Ti电极层的部分刻蚀掉，在二氧化硅绝缘层中形成开槽；其中刻蚀液为质量百分比为2-15wt％的HF溶液与质量百分比为0-30wt％双氧水的混合液，且双氧水与HF溶液的质量比为1.3-2；且在刻蚀后用去离子水漂洗并用氮气高速吹干；
将氧化石墨烯溶解在去离子水中，获得胶体状氧化石墨烯溶液，并将胶体状氧化石墨烯溶液旋涂至二氧化硅绝缘层的开槽内，形成氧化石墨烯中间层，所述氧化石墨烯中间层的底部与所述P型单晶硅衬底接触，其顶部与所述二氧化硅绝缘层的顶部齐平；
采用化学气相沉积法在第二硅片上制备硫化钼薄膜层，其中所述第二硅片上形成有与Au/Ti电极层的图形相匹配的图形化的二氧化硅绝缘层，所述硫化钼薄膜层制备在所述图形化的二氧化硅绝缘层上；并在所述硫化钼薄膜层上依次制备PVP层和PVA层，形成PVA/PVP光透膜层；
将所述硫化钼薄膜层与所述PVA/PVP光透膜层构成的整体从所述第二硅片上剥离并转移至所述P型单晶硅衬底上，使得所述硫化钼薄膜层与所述PVA/PVP光透膜层构成的整体覆盖在氧化石墨烯中间层及钛电极层上。
2.如权利要求1所述的硫化钼薄膜异质结太阳能电池的制备方法，其特征在于，清洗所述P型单晶硅衬底具体为：采用丙酮超声清洗4-6min去除其表面的有机物污垢，然后用酒精超声清洗4-6min去除硅片表面的丙酮。
3.如权利要求1所述的硫化钼薄膜异质结太阳能电池的制备方法，其特征在于，采用化学气相沉积法在第二硅片上制备硫化钼薄膜层具体为：将制备有图形化的二氧化硅绝缘层的第二硅片置于CVD反应设备的石英管内，石英管内通入氩气，气流保持在50sccm，加入硫粉0.2g、氧化钼6mg，控制反应温度为680-720℃，反应时间为4-6min，反应完成后自然冷却至室温。
4.如权利要求1或3所述的硫化钼薄膜异质结太阳能电池的制备方法，其特征在于，在硫化钼薄膜层上制备PVA/PVP光透膜层具体包括：
制备PVA溶液：将固体PVA颗粒2.5g和25ml去离子水混合，并在70℃下用磁力搅拌器搅拌1h即得到PVA溶液；
制备PVP溶液：将1.5gPVP颗粒、1.5ml乙烯基吡咯烷酮、1ml去离子水和7ml酒精充分混合得到PVP溶液；
制备PVA层：将PVA溶液以1500rpm的转速旋涂到硫化钼薄膜层上，并在75℃下恒温保持12min，形成PVA层；
制备PVP层：将PVP溶液以1500rpm的转速旋涂到PVA层上，并在75℃下恒温保持12min，形成PVP层。
5.一种硫化钼薄膜异质结太阳能电池，其特征在于，利用权利要求1-4任一项所述的硫化钼薄膜异质结太阳能电池的制备方法制备而成的。
6.如权利要求5所述的硫化钼薄膜异质结太阳能电池，其特征在于，所述PVA/PVP光透膜层与所述硫化钼薄膜层作为一整体覆盖在所述氧化石墨烯中间层及所述钛电极层上。
7.如权利要求5或6所述的硫化钼薄膜异质结太阳能电池，其特征在于，所述氧化石墨烯中间层的厚度为2nm-10nm，所述二氧化硅绝缘层的厚度为50nm-300nm。
8.如权利要求5或6所述硫化钼薄膜异质结太阳能电池，其特征在于，所述金电极层的厚度为20nm-400nm，所述钛电极层的厚度为10nm-100nm。
9.如权利要求5或6所述硫化钼薄膜异质结太阳能电池，其特征在于，所述硫化钼薄膜层的厚度为0.7nm-20nm；所述PVA/PVP光透膜层的厚度为50μm-200μm，所述PVA/PVP光透膜层的光透率为80％-90％。
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