CN109192865B - 一种高接触面积的硅基异质结太阳能电池及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高接触面积的硅基异质结太阳能电池及其制备方法，该方法包括以下步骤：在N型单晶硅片的上下表面形成对应的第一沟槽与第二沟槽；对所述第一沟槽以及第一凸起进行研磨处理分别形成第一弧形角和第二弧形角；在所述N型单晶硅片的上表面和下表面均形成氧化硅层；在所述N型单晶硅片的下表面的每个第二沟槽中形成N型重掺杂磷扩散区；在所述N型单晶硅片的上表面形成第一P3HT层、第一PEDOT:PSS层以及正面栅电极；在所述N型单晶硅片的下表面制备背面电极。本发明的方法可以形成P3HT层成膜均匀，且具有优异的电子迁移率。

Description

一种高接触面积的硅基异质结太阳能电池及其制备方法
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，特别是涉及一种高接触面积的硅基异质结太阳能电池及其制备方法。
背景技术
随着工业化的快速发展，石油、煤炭、天然气等不可再生的资源逐渐枯竭。可再生资源的研究与发展变得越来越重要。现在已经有很多种可再 生资源，比如核能、太阳能、生物能、水电能、风能、地热能和潮汐能。在众多新能源中，太阳能以其蕴藏量丰富，无地域限制，清洁无污染，增长最快速，环境最友好，且取之不尽等独特的优势成为研发和利用新能源的焦点。 随着科学技术的快速发展，各种太阳能电池得到了快速的发展。其中，基于无机硅材料和有机半导体的硅异质结太阳能电池越来越受到人们的关注，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。如何进一步提高基于无机硅材料和有机半导体的硅异质结太阳能电池的光电转换效率。
发明内容
本发明的目的是克服上述现有技术的不足，提供一种高接触面积的硅基异质结太阳能电池及其制备方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种高接触面积的硅基异质结太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
1）提供一N型单晶硅片，所述N型单晶硅片的上表面为抛光面，清洗所述N型单晶硅片，接着在所述N型单晶硅片的上表面形成多个平行排列且间隔设置的第一沟槽，所述第一沟槽的截面为等腰梯形，相邻所述第一沟槽之间均形成一第一凸起，接着在所述N型单晶硅片的下表面形成多个平行排列且间隔设置的第二沟槽，多个所述第一沟槽与多个所述第二沟槽分别一一对应。
2）接着对所述N型单晶硅片的上表面的多个所述第一沟槽以及多个所述第一凸起进行研磨处理，使得所述第一沟槽的底部的两个角均为第一弧形角，所述第一弧形角的曲率半径为15-25微米，并使得所述第一凸起的顶部的两个角均为第二弧形角，所述第二弧形角的曲率半径为30-40微米。
3）接着在所述N型单晶硅片的上表面和下表面均喷涂含有乙醇硅的溶液，并进行第一退火处理，以在所述N型单晶硅片的上表面和下表面均形成氧化硅层。
4）接着利用掩膜对所述N型单晶硅片的下表面进行磷扩散工艺，以在所述N型单晶硅片的下表面的每个第二沟槽中形成N型重掺杂磷扩散区。
5）接着在所述N型单晶硅片的上表面旋涂含有P3HT的氯苯溶液，接着旋涂含有银纳米线的溶液，然后再旋涂含有P3HT的氯苯溶液，然后进行第二退火处理，形成第一P3HT层。
6）接着在所述N型单晶硅片的上表面旋涂PEDOT:PSS溶液，并进而第三退火处理，形成第一PEDOT:PSS层。
7）接着在所述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制备背面电极。
进一步优选为，在所述步骤（1）中，所述第一沟槽的倾斜侧面与所述N型单晶硅片的上表面的夹角为30°-60°，所述第一沟槽的底面的宽度为3-5毫米，所述第一沟槽的深度90-150微米，相邻所述第一沟槽之间的间距为2-4毫米，所述第二沟槽的截面为矩形，所述第二沟槽的底面的宽度与所述第一沟槽的底面的宽度相同，所述第二沟槽的深度为10-20微米。
进一步优选为，在所述步骤(3)中，所述含有乙醇硅的溶液中乙醇硅的浓度为1.5-3mg/ml，所述第一退火处理的具体工艺为：在400-500℃的温度下退火处理20-40分钟。
进一步优选为，在所述步骤（4）中，所述N型单晶硅片的掺杂浓度为1017-1019 cm-3，所述N型重掺杂磷扩散区的掺杂浓度为1018-1020 cm-3。
进一步优选为，在所述步骤（5）中，所述含有P3HT的氯苯溶液中P3HT的浓度为1-3mg/ml，所述含有银纳米线的溶液中银纳米线的浓度为1-2mg/ml，旋涂含有P3HT的氯苯溶液的转速为2000-3000转/分钟以及时间为2-4分钟，旋涂含有银纳米线的溶液的转速为4000-5000转/分钟以及时间为1-3分钟，所述第二退火处理的温度为130-155℃以及时间为20-40分钟。
进一步优选为，在所述步骤（6）中，旋涂的转速为2000-3000转/分钟，旋涂的时间为2-4分钟，所述第三退火处理的温度为115-130℃以及时间为20-30分钟。
进一步优选为，在所述步骤（7）中，所述正面栅电极的的材质为铜或者铝，所述正面栅电极的厚度为200-400纳米；在所述步骤（8）中，背面电极的材质银，所述背面电极的厚度为300-600纳米。
本发明还提出一种高接触面积的硅基异质结太阳能电池，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：
本发明的高接触面积的硅基异质结太阳能电池的制备过程中，通过在所述N型单晶硅片的上下表面设置对应的第一沟槽和第二沟槽，并对所述N型单晶硅片的上表面的所述第一沟槽以及所述第一凸起进行研磨处理，使得所述第一沟槽的底部的两个角均为第一弧形角，并使得所述第一凸起的顶部的两个角均为第二弧形角，并进一步优化第一弧形角和第二弧形角的曲率半径，使得可以在N型单晶硅衬底表面形成高质量的P3HT层和PEDOT:PSS层。便于电子空穴的分离与传输，进而提高相应太阳能电池的光电转换效率。通过优化第一沟槽的形状、角度以及尺寸，有效提高了异质结的接触面积，并通过设置对应的第一沟槽和第二沟槽，进一步有效改善了电子和空穴的传输效率，进一步提高其光电转换效率。通过优化P3HT层的制备方式，进一步提高P3HT层的成膜性能和导电率。
附图说明
图1为本发明的高接触面积的硅基异质结太阳能电池的结构示意图。
具体实施方式
本发明提出一种高接触面积的硅基异质结太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
1）提供一N型单晶硅片，所述N型单晶硅片的上表面为抛光面，清洗所述N型单晶硅片，接着在所述N型单晶硅片的上表面形成多个平行排列且间隔设置的第一沟槽，所述第一沟槽的截面为等腰梯形，相邻所述第一沟槽之间均形成一第一凸起，接着在所述N型单晶硅片的下表面形成多个平行排列且间隔设置的第二沟槽，多个所述第一沟槽与多个所述第二沟槽分别一一对应。
2）接着对所述N型单晶硅片的上表面的多个所述第一沟槽以及多个所述第一凸起进行研磨处理，使得所述第一沟槽的底部的两个角均为第一弧形角，所述第一弧形角的曲率半径为15-25微米，并使得所述第一凸起的顶部的两个角均为第二弧形角，所述第二弧形角的曲率半径为30-40微米。
3）接着在所述N型单晶硅片的上表面和下表面均喷涂含有乙醇硅的溶液，并进行第一退火处理，以在所述N型单晶硅片的上表面和下表面均形成氧化硅层。
4）接着利用掩膜对所述N型单晶硅片的下表面进行磷扩散工艺，以在所述N型单晶硅片的下表面的每个第二沟槽中形成N型重掺杂磷扩散区。
5）接着在所述N型单晶硅片的上表面旋涂含有P3HT的氯苯溶液，接着旋涂含有银纳米线的溶液，然后再旋涂含有P3HT的氯苯溶液，然后进行第二退火处理，形成第一P3HT层。
6）接着在所述N型单晶硅片的上表面旋涂PEDOT:PSS溶液，并进而第三退火处理，形成第一PEDOT:PSS层。
7）接着在所述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制备背面电极。
其中，在所述步骤（1）中，所述第一沟槽的倾斜侧面与所述N型单晶硅衬底的上表面的夹角为30°-60°，所述第一沟槽的底面的宽度为3-5毫米，所述第一沟槽的深度90-150微米，相邻所述第一沟槽之间的间距为2-4毫米，所述第二沟槽的截面为矩形，所述第二沟槽的底面的宽度与所述第一沟槽的底面的宽度相同，所述第二沟槽的深度为10-20微米。在所述步骤(3)中，所述含有乙醇硅的溶液中乙醇硅的浓度为1.5-3mg/ml，所述第一退火处理的具体工艺为：在400-500℃的温度下退火处理20-40分钟。在所述步骤（4）中，所述N型单晶硅片的掺杂浓度为1017-1019 cm-3，所述N型重掺杂磷扩散区的掺杂浓度为1018-1020 cm-3。在所述步骤（5）中，所述含有P3HT的氯苯溶液中P3HT的浓度为1-3 mg/ml，所述含有银纳米线的溶液中银纳米线的浓度为1-2mg/ml，旋涂含有P3HT的氯苯溶液的转速为2000-3000转/分钟以及时间为2-4分钟，旋涂含有银纳米线的溶液的转速为4000-5000转/分钟以及时间为1-3分钟，所述第二退火处理的温度为130-155℃以及时间为20-40分钟。在所述步骤（6）中，旋涂的转速为2000-3000转/分钟，旋涂的时间为2-4分钟，所述第四退火处理的温度为115-130℃以及时间为20-30分钟。在所述步骤（7）中，所述正面栅电极的的材质为铜或者铝，所述正面栅电极的厚度为200-400纳米；在所述步骤（8）中，背面电极的材质银，所述背面电极的厚度为300-600纳米。
如图1所示，本发明提出一种高接触面积的硅基异质结太阳能电池，所述高接触面积的硅基异质结太阳能电池从上至下包括正面栅电极1、第一PEDOT:PSS层2、第一P3HT 3、N型单晶硅片4、N型重掺杂磷扩散区5、背面电极6，其中所述N型单晶硅衬底4的上表面具有第一沟槽41，其下表面具有第二沟槽42，所述N型重掺杂磷扩散区5在所述第二沟槽42中。
实施例1：
一种高接触面积的硅基异质结太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
1）提供一N型单晶硅片，所述N型单晶硅片的上表面为抛光面，清洗所述N型单晶硅片，接着在所述N型单晶硅片的上表面形成多个平行排列且间隔设置的第一沟槽，所述第一沟槽的截面为等腰梯形，相邻所述第一沟槽之间均形成一第一凸起，接着在所述N型单晶硅片的下表面形成多个平行排列且间隔设置的第二沟槽，多个所述第一沟槽与多个所述第二沟槽分别一一对应。
2）接着对所述N型单晶硅片的上表面的多个所述第一沟槽以及多个所述第一凸起进行研磨处理，使得所述第一沟槽的底部的两个角均为第一弧形角，所述第一弧形角的曲率半径为20微米，并使得所述第一凸起的顶部的两个角均为第二弧形角，所述第二弧形角的曲率半径为35微米。
3）接着在所述N型单晶硅片的上表面和下表面均喷涂含有乙醇硅的溶液，并进行第一退火处理，以在所述N型单晶硅片的上表面和下表面均形成氧化硅层。
4）接着利用掩膜对所述N型单晶硅片的下表面进行磷扩散工艺，以在所述N型单晶硅片的下表面的每个第二沟槽中形成N型重掺杂磷扩散区。
5）接着在所述N型单晶硅片的上表面旋涂含有P3HT的氯苯溶液，接着旋涂含有银纳米线的溶液，然后再旋涂含有P3HT的氯苯溶液，然后进行第二退火处理，形成第一P3HT层。
6）接着在所述N型单晶硅片的上表面旋涂PEDOT:PSS溶液，并进而第三退火处理，形成第一PEDOT:PSS层。
7）接着在所述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制备背面电极。
其中，在所述步骤（1）中，所述第一沟槽的倾斜侧面与所述N型单晶硅衬底的上表面的夹角为35°，所述第一沟槽的底面的宽度为3.5毫米，所述第一沟槽的深度120微米，相邻所述第一沟槽之间的间距为3毫米，所述第二沟槽的截面为矩形，所述第二沟槽的底面的宽度与所述第一沟槽的底面的宽度相同，所述第二沟槽的深度为15微米。在所述步骤(3)中，所述含有乙醇硅的溶液中乙醇硅的浓度为2mg/ml，所述第一退火处理的具体工艺为：在450℃的温度下退火处理30分钟。在所述步骤（4）中，所述N型单晶硅片的掺杂浓度为5×1018cm-3，所述N型重掺杂磷扩散区的掺杂浓度为1019cm-3。在所述步骤（5）中，所述含有P3HT的氯苯溶液中P3HT的浓度为2.5 mg/ml，所述含有银纳米线的溶液中银纳米线的浓度为1.5mg/ml，旋涂含有P3HT的氯苯溶液的转速为2500转/分钟以及时间为3分钟，旋涂含有银纳米线的溶液的转速为4500转/分钟以及时间为2分钟，所述第二退火处理的温度为145℃以及时间为30分钟。在所述步骤（6）中，旋涂的转速为2500转/分钟，旋涂的时间为3分钟，所述第四退火处理的温度为120℃以及时间为25分钟。在所述步骤（7）中，所述正面栅电极的的材质为铜，所述正面栅电极的厚度为200纳米；在所述步骤（8）中，背面电极的材质银，所述背面电极的厚度为400纳米。
上述方法制备的高接触面积的硅基异质结太阳能电池的光电转换效率为15.8%。
实施例2
一种高接触面积的硅基异质结太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
1）提供一N型单晶硅片，所述N型单晶硅片的上表面为抛光面，清洗所述N型单晶硅片，接着在所述N型单晶硅片的上表面形成多个平行排列且间隔设置的第一沟槽，所述第一沟槽的截面为等腰梯形，相邻所述第一沟槽之间均形成一第一凸起，接着在所述N型单晶硅片的下表面形成多个平行排列且间隔设置的第二沟槽，多个所述第一沟槽与多个所述第二沟槽分别一一对应。
2）接着对所述N型单晶硅片的上表面的多个所述第一沟槽以及多个所述第一凸起进行研磨处理，使得所述第一沟槽的底部的两个角均为第一弧形角，所述第一弧形角的曲率半径为25微米，并使得所述第一凸起的顶部的两个角均为第二弧形角，所述第二弧形角的曲率半径为40微米。
3）接着在所述N型单晶硅片的上表面和下表面均喷涂含有乙醇硅的溶液，并进行第一退火处理，以在所述N型单晶硅片的上表面和下表面均形成氧化硅层。
4）接着利用掩膜对所述N型单晶硅片的下表面进行磷扩散工艺，以在所述N型单晶硅片的下表面的每个第二沟槽中形成N型重掺杂磷扩散区。
5）接着在所述N型单晶硅片的上表面旋涂含有P3HT的氯苯溶液，接着旋涂含有银纳米线的溶液，然后再旋涂含有P3HT的氯苯溶液，然后进行第二退火处理，形成第一P3HT层。
6）接着在所述N型单晶硅片的上表面旋涂PEDOT:PSS溶液，并进而第三退火处理，形成第一PEDOT:PSS层。
7）接着在所述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制备背面电极。
其中，在所述步骤（1）中，所述第一沟槽的倾斜侧面与所述N型单晶硅衬底的上表面的夹角为50°，所述第一沟槽的底面的宽度为5毫米，所述第一沟槽的深度90微米，相邻所述第一沟槽之间的间距为4毫米，所述第二沟槽的截面为矩形，所述第二沟槽的底面的宽度与所述第一沟槽的底面的宽度相同，所述第二沟槽的深度为20微米。在所述步骤(3)中，所述含有乙醇硅的溶液中乙醇硅的浓度为3mg/ml，所述第一退火处理的具体工艺为：在500℃的温度下退火处理20分钟。在所述步骤（4）中，所述N型单晶硅片的掺杂浓度为1019 cm-3，所述N型重掺杂磷扩散区的掺杂浓度为1020 cm-3。在所述步骤（5）中，所述含有P3HT的氯苯溶液中P3HT的浓度为1.5 mg/ml，所述含有银纳米线的溶液中银纳米线的浓度为2mg/ml，旋涂含有P3HT的氯苯溶液的转速为2000转/分钟以及时间为4分钟，旋涂含有银纳米线的溶液的转速为4000转/分钟以及时间为3分钟，所述第二退火处理的温度为135℃以及时间为35分钟。在所述步骤（6）中，旋涂的转速为3000转/分钟，旋涂的时间为2分钟，所述第四退火处理的温度为115℃以及时间为20分钟。在所述步骤（7）中，所述正面栅电极的的材质为铝，所述正面栅电极的厚度为400纳米；在所述步骤（8）中，背面电极的材质银，所述背面电极的厚度为300纳米。
上述方法制备的高接触面积的硅基异质结太阳能电池的光电转换效率为14.9%。
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 (6)

1.一种高接触面积的硅基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N型单晶硅片，所述N型单晶硅片的上表面为抛光面，清洗所述N型单晶硅片，接着在所述N型单晶硅片的上表面形成多个平行排列且间隔设置的第一沟槽，所述第一沟槽的截面为等腰梯形，相邻所述第一沟槽之间均形成一第一凸起，接着在所述N型单晶硅片的下表面形成多个平行排列且间隔设置的第二沟槽，多个所述第一沟槽与多个所述第二沟槽分别一一对应；
2）接着对所述N型单晶硅片的上表面的多个所述第一沟槽以及多个所述第一凸起进行研磨处理，使得所述第一沟槽的底部的两个角均为第一弧形角，所述第一弧形角的曲率半径为15-25微米，并使得所述第一凸起的顶部的两个角均为第二弧形角，所述第二弧形角的曲率半径为30-40微米；
3）接着在所述N型单晶硅片的上表面和下表面均喷涂含有乙醇硅的溶液，并进行第一退火处理，以在所述N型单晶硅片的上表面和下表面均形成氧化硅层；
4）接着利用掩膜对所述N型单晶硅片的下表面进行磷扩散工艺，以在所述N型单晶硅片的下表面的每个第二沟槽中形成N型重掺杂磷扩散区；
5）接着在所述N型单晶硅片的上表面旋涂含有P3HT的氯苯溶液，接着旋涂含有银纳米线的溶液，然后再旋涂含有P3HT的氯苯溶液，然后进行第二退火处理，形成第一P3HT层；
6）接着在所述N型单晶硅片的上表面旋涂PEDOT:PSS溶液，并进而第三退火处理，形成第一PEDOT:PSS层；
7）接着在所述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制备背面电极；
其中，在所述步骤（1）中，所述第一沟槽的倾斜侧面与所述N型单晶硅片的上表面的夹角为30°-60°，所述第一沟槽的底面的宽度为3-5毫米，所述第一沟槽的深度90-150微米，相邻所述第一沟槽之间的间距为2-4毫米，所述第二沟槽的截面为矩形，所述第二沟槽的底面的宽度与所述第一沟槽的底面的宽度相同，所述第二沟槽的深度为10-20微米；
其中，在所述步骤(3)中，所述含有乙醇硅的溶液中乙醇硅的浓度为1.5-3mg/ml，所述第一退火处理的具体工艺为：在400-500℃的温度下退火处理20-40分钟。
2.根据权利要求1所述的高接触面积的硅基异质结太阳能电池的制备方法，其特征在于：在所述步骤（4）中，所述N型单晶硅片的掺杂浓度为1017-1019 cm-3，所述N型重掺杂磷扩散区的掺杂浓度为1018-1020 cm-3。
3.根据权利要求1所述的高接触面积的硅基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P3HT的氯苯溶液中P3HT的浓度为1-3 mg/ml，所述含有银纳米线的溶液中银纳米线的浓度为1-2mg/ml，旋涂含有P3HT的氯苯溶液的转速为2000-3000转/分钟以及时间为2-4分钟，旋涂含有银纳米线的溶液的转速为4000-5000转/分钟以及时间为1-3分钟，所述第二退火处理的温度为130-155℃以及时间为20-40分钟。
4.根据权利要求1所述的高接触面积的硅基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2000-3000转/分钟，旋涂的时间为2-4分钟，所述第三退火处理的温度为115-130℃以及时间为20-30分钟。
5.根据权利要求1所述的高接触面积的硅基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，所述正面栅电极的材质为铜或者铝，所述正面栅电极的厚度为200-400纳米；在所述步骤（8）中，背面电极的材质银，所述背面电极的厚度为300-600纳米。
6.一种高接触面积的硅基异质结太阳能电池，其特征在于，采用权利要求1-5任一项所述的方法制备形成的。
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