CN110767777B - 可降低成本提高转换效率的叠层太阳电池的制备方法 - Google Patents
可降低成本提高转换效率的叠层太阳电池的制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110767777B CN110767777B CN201911070853.1A CN201911070853A CN110767777B CN 110767777 B CN110767777 B CN 110767777B CN 201911070853 A CN201911070853 A CN 201911070853A CN 110767777 B CN110767777 B CN 110767777B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- layer
- film
- solar cell
- cell
- silicon
- 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.)
- Active
Links
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 16
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 title abstract description 19
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims abstract description 37
- 230000005525 hole transport Effects 0.000 claims abstract description 34
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 claims abstract description 34
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 32
- 238000007639 printing Methods 0.000 claims abstract description 30
- 239000002002 slurry Substances 0.000 claims abstract description 25
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 24
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 24
- 230000005641 tunneling Effects 0.000 claims abstract description 24
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 22
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 19
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 claims abstract description 19
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 claims abstract description 19
- 238000007641 inkjet printing Methods 0.000 claims abstract description 18
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims abstract description 15
- 238000002161 passivation Methods 0.000 claims abstract description 12
- 238000000059 patterning Methods 0.000 claims abstract description 6
- 239000010408 film Substances 0.000 claims description 137
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 41
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 claims description 40
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 40
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 34
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims description 34
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 25
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 24
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 22
- 229910021424 microcrystalline silicon Inorganic materials 0.000 claims description 21
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 claims description 17
- ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylformamide Chemical compound CN(C)C=O ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N N-Butanol Chemical compound CCCCO LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 claims description 15
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 15
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 14
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 14
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 claims description 11
- IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N Dimethylsulphoxide Chemical compound CS(C)=O IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 9
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims description 9
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 8
- 150000003384 small molecules Chemical class 0.000 claims description 7
- 238000001354 calcination Methods 0.000 claims description 5
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims description 5
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 claims description 5
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims description 5
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims description 5
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims description 5
- 229920000301 poly(3-hexylthiophene-2,5-diyl) polymer Polymers 0.000 claims description 5
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 5
- 238000007738 vacuum evaporation Methods 0.000 claims description 5
- KVIKMJYUMZPZFU-UHFFFAOYSA-N propan-2-ol;titanium Chemical compound [Ti].CC(C)O.CC(C)O KVIKMJYUMZPZFU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 4
- DEQZTKGFXNUBJL-UHFFFAOYSA-N n-(1,3-benzothiazol-2-ylsulfanyl)cyclohexanamine Chemical compound C1CCCCC1NSC1=NC2=CC=CC=C2S1 DEQZTKGFXNUBJL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 7
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 6
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 5
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 4
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 4
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 4
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 4
- 210000002268 wool Anatomy 0.000 description 4
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QHJPGANWSLEMTI-UHFFFAOYSA-N aminomethylideneazanium;iodide Chemical compound I.NC=N QHJPGANWSLEMTI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- XMBWDFGMSWQBCA-UHFFFAOYSA-N hydrogen iodide Chemical compound I XMBWDFGMSWQBCA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000004807 localization Effects 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- ISWNAMNOYHCTSB-UHFFFAOYSA-N methanamine;hydrobromide Chemical compound [Br-].[NH3+]C ISWNAMNOYHCTSB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- NQMRYBIKMRVZLB-UHFFFAOYSA-N methylamine hydrochloride Chemical compound [Cl-].[NH3+]C NQMRYBIKMRVZLB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- LLWRXQXPJMPHLR-UHFFFAOYSA-N methylazanium;iodide Chemical compound [I-].[NH3+]C LLWRXQXPJMPHLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- JWYKZEMJHONDAP-UHFFFAOYSA-N 3-acetyl-1,3-di(propan-2-yloxy)pentane-2,4-dione;titanium Chemical compound [Ti].CC(C)OCC(=O)C(C(C)=O)(C(C)=O)OC(C)C JWYKZEMJHONDAP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 101001073212 Arabidopsis thaliana Peroxidase 33 Proteins 0.000 description 1
- 101001123325 Homo sapiens Peroxisome proliferator-activated receptor gamma coactivator 1-beta Proteins 0.000 description 1
- 102100028961 Peroxisome proliferator-activated receptor gamma coactivator 1-beta Human genes 0.000 description 1
- KTSFMFGEAAANTF-UHFFFAOYSA-N [Cu].[Se].[Se].[In] Chemical compound [Cu].[Se].[Se].[In] KTSFMFGEAAANTF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XBQLSSQTYJSTFT-UHFFFAOYSA-N [S].[Sn].[Ba].[Cu] Chemical compound [S].[Sn].[Ba].[Cu] XBQLSSQTYJSTFT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 238000007792 addition Methods 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012752 auxiliary agent Substances 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 1
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 125000004437 phosphorous atom Chemical group 0.000 description 1
- 238000013082 photovoltaic technology Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
- H01L31/1804—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof comprising only elements of Group IV of the Periodic Table
-
- 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
-
- 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
- Y02E10/547—Monocrystalline silicon PV cells
-
- 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
-
- 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
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
本发明属于太阳能电池制备技术领域，尤其涉及一种低成本的高效叠层太阳电池的制备方法。本发明，依次包括以下步骤：制绒、pn结形成、隧穿氧化硅沉积、磷元素掺杂、退火、钝化层生长、图形化开孔、导电层沉积、电子传输层形成、钙钛矿薄膜形成、空穴传输层形成、减反射层形成和电极制备。本发明制得的太阳能电池具有叠层电池的结构，极大的提高了电池的转换效率，并且，本发明顶电池采用成本极低的钙钛矿电池，底电池采用高效率的钝化接触电池，整个电池的关键的昂贵的制备过程全部采用超低成本的印刷或者旋涂或者喷墨各种化学浆料的方法实现，从而在极大的提高电池的转化效率的同时，大幅的降低制造成本，有利于大规模产业化应用，实现平价上网。
Description
技术领域
本发明属于太阳能电池制造技术领域，尤其涉及一种可降低成本提高转换效率的叠层太阳电池的制备方法。
背景技术
提高转换效率、降低制造成本始终是光伏产业发展的最重要的因素，近几年，随着光伏技术的发展，出现了一些提高转换效率的新型技术，如氧化铝钝化，多主栅技术，钝化接触技术等。其中钝化接触技术被认为是继PERC之后最有希望产业化的一种高效电池技术。目前该种结构的电池最高效率是由德国弗朗禾费太阳能系统研究所创造的N型电池，效率为25.8％。这些提效的技术在带来高效电池的同时，通过效率的提高可以相对应的降低成本。
真正要大幅降低制造成本，行业通常通过规模化效应来实现，像设备的国产化，设备费用，银浆国产化，银浆费用，以及各种化学品和材料的费用的降低，但会牺牲部分效率。
为了同时实现这两个目标，既可以大幅降低制造成本，又可以极大的提高转换效率，本发明提出一种新型的高效低成本太阳电池及其制备方法，通过叠层电池的设计提高电池的转换效率，叠层电池一般由顶电池和底电池构成，在顶底电池之间添加一层透明导电氧化物，可以激发顶电池内部的折射率引导的导模共振陷光，有效阻隔顶层电池导波光耦合到底层电池，例如用ITO作为隧穿结，可以分离空穴电子对；目前这种结构电池的世界纪录是由牛津光伏创造的，电池转换率达到28％。这种叠层电池能够更加高效地利用太阳光中高能的蓝光部分，理论转换率的极限为43％，而传统的以硅为基础的单节太阳能电池的转换率极限为29％。在太阳能行业，钙钛矿叠层电池被视作能够将太阳能度电成本(LCOE)降低至前所未有的水准的新一代技术。而通过简易的印刷方法或者喷墨或者旋涂方式实现电池的制备，从而在极大的提高电池的转化效率的同时，大幅的降低制造成本，有利于大规模产业化应用，实现平价上网。
例如，中国发明专利申请公开了一种一种双结叠层太阳电池及其制备方法[申请号：201910392637.2]，该发明专利申请包括：玻璃衬体、铜铟镓硒CIGS薄膜太阳电池、第一减反层、铜钡锡硫CBTS薄膜太阳电池、金属电极以及第二减反层；所述CIGS薄膜太阳电池为底电池，所述玻璃衬体设于所述CIGS薄膜太阳电池的底部，所述CIGS薄膜太阳电池包括CIGS钼层、CIGS吸收层、CIGS缓冲层、CIGS高阻层以及CIGS透明导电玻璃层；所述CIGS钼层、所述CIGS吸收层、所述CIGS缓冲层、所述CIGS高阻层以及所述CIGS透明导电玻璃层从下至上依次层叠设置；所述第一减反层设于所述CIGS薄膜太阳电池以及所述CBTS薄膜太阳电池之间；所述CBTS薄膜太阳电池为顶电池，所述CBTS薄膜太阳电池包括CBTS吸收层、CBTS缓冲层、CBTS高阻层以及CBTS透明导电玻璃层；所述CBTS吸收层、所述CBTS缓冲层、所述CBTS高阻层以及所述CBTS透明导电玻璃层从下至上依次层叠设置；所述金属电极设于所述CBTS透明导电玻璃层以及所述第二减反层之间，形成双结叠层太阳电池。
上述发明专利申请制得的双结叠层太阳电池具有较高的电池效率，但其生产成本较高，适用范围受到成本限制，不适宜大规模推广使用。
发明内容
本发明的目的是针对上述问题，提供一种可降低成本提高转换效率的叠层太阳电池的制备方法。
为达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：
一种可降低成本提高转换效率的叠层太阳电池的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：底端电池制备，制绒，以单晶硅片作为硅衬底，放置在制绒液中进行制绒处理，然后在氢氟酸中进行清洗，清洗干净硅片表面，得到带有绒面的单晶硅衬底；
步骤二：pn结形成，利用印刷、喷墨或旋涂的方法在单晶硅衬底(1)的一侧表面印刷一层硼浆，然后烘干，得到pn结层；
步骤三：隧穿氧化硅沉积，利用热氧设备，在单晶硅衬底远离pn结层的一面沉积一层隧穿氧化硅薄膜和无掺杂的本征微晶硅薄膜；
步骤四：掺杂磷元素，利用印刷、喷墨或旋涂的方法在无掺杂的本征微晶硅薄膜表面印刷一层磷浆，然后烘干，得到掺杂n型的微晶硅薄膜；
步骤五：退火，在温度范围为700-1000℃的条件下退火，同时激活B和P原子，以形成均匀的掺杂；
步骤六：钝化层生长，在pn结层表面印刷、喷墨或旋涂一层氧化铝薄膜，所述氧化铝薄膜的厚度为5-100nm，50-500℃烘干，然后分别在氧化铝薄膜和N型微晶硅薄膜表面沉积氮化硅薄膜，分别得到第一氮化硅薄膜和第二氮化硅薄膜；
步骤七：图形化开孔，利用激光对氧化铝薄膜和第一氮化硅薄膜开孔；
步骤八：透明导电层沉积，在第一氮化硅薄膜表面沉积一层透明导电薄膜；
步骤九：顶电池钙钛矿电池制备，首先电子传输层形成，采用二氧化钛薄膜，将二异丙氧基双乙酰丙酮钛加入无水正丁醇中，摇匀后旋涂到透明导电薄膜表面，经450℃-500℃高温煅烧，形成二氧化钛薄膜层；
步骤十：钙钛矿薄膜形成，将ABX3型钙钛矿材料溶于二甲基亚砜和N，N-二甲基甲酰胺的混合液中，进行搅拌，得到钙钛矿前驱体溶液，将钙钛矿前驱体溶液旋涂至二氧化钛薄膜层表面，再进行退火处理，形成钙钛矿薄膜层；
步骤十一：空穴传输层形成，将聚-3己基噻吩、小分子空穴传输材料或无机空穴传输材料旋涂至钙钛矿薄膜层表面，形成空穴传输层；
步骤十二：减反射层形成，在空穴传输层表面沉积一层减反射层；
步骤十三：电极制备，利用真空蒸镀设备在减反射层和第二氮化硅薄膜上分别蒸镀上电极和下电极，形成叠层电池。
在上述的高效叠层太阳电池的制备方法中，所述pn结层、N型微晶硅薄膜和氧化铝薄膜均采用旋涂、印刷或者喷墨的方法完成；
在上述的高效叠层太阳电池的制备方法中，该电池结构为叠层电池，顶端电池为钙钛矿电池，底端电池为高效钝化接触电池。
在上述的高效叠层太阳电池的制备方法中，步骤二中涂覆的硼浆厚度为1μm以上，烘干温度为50-600℃，
在上述的高效叠层太阳电池的制备方法中，步骤四中涂覆的磷浆厚度为1μm以上，烘干温度为50-600℃。
在上述的高效叠层太阳电池的制备方法中，步骤三中隧穿氧化硅薄膜的厚度为2nm以下，沉积温度为500-700℃。
在上述的高效叠层太阳电池的制备方法中，步骤八中的透明导电薄膜和步骤十二中的减反射层由TCO材料、ITO材料、IWO材料、AZO材料或FTO材料制得。
在上述的高效叠层太阳电池的制备方法中，步骤十中的ABX3型钙钛矿材料为碘化甲胺、碘化甲脒、溴化甲胺、溴化铅、碘化铅或氯化甲胺。
在上述的高效叠层太阳电池的制备方法中，步骤十三中的上电极和下电极由银或铝制得。
与现有的技术相比，本发明的优点在于：
1、本发明制得的太阳能电池具有叠层电池的结构，极大的提高了电池的转换效率，转换效率高达30％以上。
2、本发明顶电池采用成本极低的钙钛矿电池，底电池采用高效率的钝化接触电池，整个电池的关键的昂贵的制备过程全部采用超低成本的印刷或者旋涂或者喷墨各种化学浆料的方法实现，从而在极大的提高电池的转化效率的同时，大幅的降低制造成本，有利于大规模产业化应用，实现平价上网。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图中：多晶硅层1、pn结层2、隧穿氧化硅薄膜3、N型微晶硅薄膜4、氧化铝薄膜5、第一氮化硅薄膜6、第二氮化硅薄膜7、透明导电薄膜8、二氧化钛薄膜层9、钙钛矿薄膜层10、空穴传输层11、减反射层12、下电极13、上电极14。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。
实施例1
本实施例提供一种可降低成本提高转换效率的叠层太阳电池的制备方法，
如图1所示，包括以下步骤：
步骤一：底端电池制备，制绒，以N型单晶硅片作为硅衬底，放置在制绒液中进行制绒处理，其中，制绒溶液可以按照质量比KOH：制绒添加剂：H2O＝20:3:160的比例配制，制绒溶液温度为80℃，然后在体积浓度为2％的氢氟酸中进行清洗，清洗干净硅片表面，得到多晶硅层1，这里的制绒添加剂是指在单晶硅太阳能电池的制绒工艺过程中，添加有利于反应结果和产品性能的化学助剂，其一般由水、IPA、NaOH、弱酸盐以及若干表面活性剂组成，可采用市售产品；
步骤二：pn结形成，利用印刷、喷墨或旋涂的方法在多晶硅层1的一侧表面印刷一层硼浆，硼浆厚度为3μm，然后烘干，烘干温度为50℃，得到pn结层2；
步骤三：隧穿氧化硅沉积，利用热氧设备，在单晶硅衬底远离pn结层2的一面沉积一层隧穿氧化硅薄膜3和无掺杂的本征微晶硅薄膜，隧穿氧化硅薄膜3的厚度为1.4nm，沉积温度为500℃；
步骤四：磷元素掺杂，利用印刷、喷墨或旋涂的方法在隧穿氧化硅薄膜3表面印刷一层磷浆，磷浆厚度为3μm，然后烘干，烘干温度为50℃；
步骤五：退火，在温度为700℃的条件下退火，再在表面涂覆有磷浆的隧穿氧化硅薄膜3上覆盖一层N型微晶硅薄膜4，在该温度下进行退火，可同时激活硼原子和磷原子，以形成均匀的掺杂；
步骤六：钝化层生长，在pn结层2表面印刷、喷墨或旋涂一层氧化铝薄膜5，所述氧化铝薄膜5的厚度为5nm，50-500℃烘干，然后分别在氧化铝薄膜5和N型微晶硅薄膜4表面沉积氮化硅薄膜，分别得到第一氮化硅薄膜6和第二氮化硅薄膜7，其中，第一氮化硅薄膜6的厚度为70nm，所述第二氮化硅薄膜7的厚度为100nm；
步骤七：图形化开孔，利用激光对氧化铝薄膜5和第一氮化硅薄膜6开孔，这样可便于将载流子导出；
步骤八：透明导电层沉积，在第一氮化硅薄膜6表面沉积一层透明导电薄膜8，透明导电薄膜8可以由TCO薄膜材料、ITO薄膜材料、IWO薄膜材料、AZO薄膜材料或FTO薄膜材料制得；
步骤九：顶电池钙钛矿电池制备，首先电子传输层形成，采用二氧化钛薄膜，将二异丙氧基双乙酰丙酮钛(CAS号:17927-72-9)加入无水正丁醇中，摇匀后旋涂到透明导电薄膜8表面，经450℃高温煅烧，形成二氧化钛薄膜层9；
步骤十：钙钛矿薄膜形成，将ABX3型钙钛矿材料溶于二甲基亚砜和N，N-二甲基甲酰胺的混合液中，进行搅拌，得到钙钛矿前驱体溶液，其中，ABX3型钙钛矿材料可以是碘化甲胺、碘化甲脒、溴化甲胺、溴化铅、碘化铅或氯化甲胺，再将钙钛矿前驱体溶液旋涂至二氧化钛薄膜层9表面，再进行退火处理，形成钙钛矿薄膜层10；
步骤十一：空穴传输层形成，将聚-3己基噻吩、小分子空穴传输材料或无机空穴传输材料旋涂至钙钛矿薄膜层10表面，形成空穴传输层11，小分子空穴传输材料和无机空穴传输材料均可选用现有技术中的材料，例如，小分子空穴传输材料可采用申请号为“201811304172.2”的发明专利申请中记载的分子空穴传输材料，无机空穴传输材料可采用申请号为“201811178363.9”的发明专利申请中记载的无机空穴传输材料；
步骤十二：减反射层形成，在空穴传输层11表面沉积一层减反射层12，减反射层12可以由TCO薄膜材料、ITO薄膜材料、IWO薄膜材料、AZO薄膜材料或FTO薄膜材料制得；
步骤十三：电极制备，利用真空蒸镀设备在减反射层12和第二氮化硅薄膜7上分别蒸镀上电极14和下电极13，形成叠层电池，上电极14和下电极13可由银或铝制得。
采用不同的掺杂工艺，通过扩散作用，将P型半导体与N型半导体制作在同一块半导体，通常是硅或锗基片上，在它们的交界面就形成空间电荷区称为pn结。
实施例2
本实施例提供一种低成本的高效叠层太阳电池的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：底端电池制备，制绒，以N型单晶硅片作为硅衬底，放置在制绒液中进行制绒处理，其中，制绒溶液按照质量比KOH：制绒添加剂：H2O＝20:3:160的比例配制，制绒溶液温度为80℃，然后在体积浓度为4％的氢氟酸中进行清洗，清洗干净硅片表面，得到多晶硅层1；
步骤二：pn结形成，利用印刷、喷墨或旋涂的方法在多晶硅层1的一侧表面印刷一层硼浆，硼浆厚度为10μm，然后烘干，烘干温度为300℃(烘干温度一般不会到600这么高)，得到pn结层2；
步骤三：隧穿氧化硅沉积，利用热氧设备，在单晶硅衬底远离pn结层2的一面沉积一层隧穿氧化硅薄膜3和无掺杂的本征微晶硅薄膜，隧穿氧化硅薄膜3的厚度为1.8nm，沉积温度为700℃；
步骤四：磷元素掺杂，利用印刷、喷墨或旋涂的方法在隧穿氧化硅薄膜3表面印刷一层磷浆，磷浆厚度为10μm，然后烘干，烘干温度为300℃；
步骤五：退火，在温度为860℃的条件下退火，再在表面涂覆有磷浆的隧穿氧化硅薄膜3上覆盖一层N型微晶硅薄膜4；
步骤六：钝化层生长，在pn结层2表面印刷、喷墨或旋涂一层氧化铝薄膜5，所述氧化铝薄膜5的厚度为10nm，300℃烘干，然后分别在氧化铝薄膜5和N型微晶硅薄膜4表面沉积氮化硅薄膜，分别得到第一氮化硅薄膜6和第二氮化硅薄膜7，其中，第一氮化硅薄膜6的厚度为90nm，所述第二氮化硅薄膜7的厚度为120nm；
步骤七：图形化开孔，利用激光对氧化铝薄膜5和第一氮化硅薄膜6开孔；
步骤八：透明导电层沉积，在第一氮化硅薄膜6表面沉积一层透明导电薄膜8；
步骤九：顶电池钙钛矿电池制备，首先电子传输层形成，采用二氧化钛薄膜，将二异丙氧基双乙酰丙酮钛加入无水正丁醇中，摇匀后旋涂到透明导电薄膜8表面，经500℃高温煅烧，形成二氧化钛薄膜层9；
步骤十：钙钛矿薄膜形成，将ABX3型钙钛矿材料溶于二甲基亚砜和N，N-二甲基甲酰胺的混合液中，进行搅拌，得到钙钛矿前驱体溶液，将钙钛矿前驱体溶液旋涂至二氧化钛薄膜层9表面，再进行退火处理，形成钙钛矿薄膜层10；
步骤十一：空穴传输层形成，将聚-3己基噻吩、小分子空穴传输材料或无机空穴传输材料旋涂至钙钛矿薄膜层10表面，形成空穴传输层11；
步骤十二：减反射层形成，在空穴传输层11表面沉积一层减反射层12；
步骤十三：电极制备，利用真空蒸镀设备在减反射层12和第二氮化硅薄膜7上分别蒸镀上电极14和下电极13，形成叠层电池。
实施例3
本实施例提供一种低成本的高效叠层太阳电池的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：底端电池制备，制绒，以N型单晶硅片作为硅衬底，放置在制绒液中进行制绒处理，其中，制绒溶液按照质量比KOH：制绒添加剂：H2O＝20:3:160的比例配制，制绒溶液温度为80℃，然后在体积浓度为5％的氢氟酸中进行清洗，清洗干净硅片表面，得到多晶硅层1；
步骤二：pn结形成，利用印刷、喷墨或旋涂的方法在多晶硅层1的一侧表面印刷一层硼浆，硼浆厚度为20μm，然后烘干，烘干温度为200℃，得到pn结层2；
步骤三：隧穿氧化硅沉积，利用热氧设备，在单晶硅衬底远离pn结层2的一面沉积一层隧穿氧化硅薄膜3和无掺杂的本征微晶硅薄膜，隧穿氧化硅薄膜3的厚度为1.6nm，沉积温度为600℃；
步骤四：磷元素掺杂，利用印刷、喷墨或旋涂的方法在隧穿氧化硅薄膜3表面印刷一层磷浆，磷浆厚度为20μm，然后烘干，烘干温度为200℃；
步骤五：退火，在温度为800℃的条件下退火，再在表面涂覆有磷浆的隧穿氧化硅薄膜3上覆盖一层N型微晶硅薄膜4；
步骤六：钝化层生长，在pn结层2表面印刷、喷墨或旋涂一层氧化铝薄膜5，所述氧化铝薄膜5的厚度为15nm，300℃烘干，然后分别在氧化铝薄膜5和N型微晶硅薄膜4表面沉积氮化硅薄膜，分别得到第一氮化硅薄膜6和第二氮化硅薄膜7，其中，第一氮化硅薄膜6的厚度为90nm，所述第二氮化硅薄膜7的厚度为120nm；
步骤七：图形化开孔，利用激光对氧化铝薄膜5和第一氮化硅薄膜6开孔；
步骤八：透明导电层沉积，在第一氮化硅薄膜6表面沉积一层透明导电薄膜8；
步骤九：顶电池钙钛矿电池制备，首先电子传输层形成，采用二氧化钛薄膜，将二异丙氧基双乙酰丙酮钛加入无水正丁醇中，摇匀后旋涂到透明导电薄膜8表面，经480℃高温煅烧，形成二氧化钛薄膜层9；
步骤十：钙钛矿薄膜形成，将ABX3型钙钛矿材料溶于二甲基亚砜和N，N-二甲基甲酰胺的混合液中，进行搅拌，得到钙钛矿前驱体溶液，将钙钛矿前驱体溶液旋涂至二氧化钛薄膜层9表面，再进行退火处理，形成钙钛矿薄膜层10；
步骤十一：空穴传输层形成，将聚-3己基噻吩、小分子空穴传输材料或无机空穴传输材料旋涂至钙钛矿薄膜层10表面，形成空穴传输层11；
步骤十二：减反射层形成，在空穴传输层11表面沉积一层减反射层12；
步骤十三：电极制备，利用真空蒸镀设备在减反射层12和第二氮化硅薄膜7上分别蒸镀上电极14和下电极13，形成叠层电池。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
本专利不仅适用于N型硅片电池，同样适用于P型硅片电池。相应的n，p调换。
尽管本文较多地使用了多晶硅层1、pn结层2、隧穿氧化硅薄膜3、N型微晶硅薄膜4、氧化铝薄膜5、第一氮化硅薄膜6、第二氮化硅薄膜7、透明导电薄膜8、二氧化钛薄膜层9、钙钛矿薄膜层10、空穴传输层11、减反射层12、下电极13、上电极14等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。
Claims (7)
1.一种叠层太阳电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：底端电池制备，制绒，以单晶硅片作为硅衬底，放置在制绒液中进行制绒处理，然后在氢氟酸中进行清洗，清洗干净硅片表面，得到带有绒面的单晶硅衬底(1)；
步骤二：pn结形成，利用印刷、喷墨或旋涂的方法在单晶硅衬底(1)的一侧表面印刷一层硼浆，然后烘干，得到pn结层(2)；
步骤三：隧穿氧化硅沉积，利用热氧设备，在单晶硅衬底远离pn结层(2)的一面沉积一层隧穿氧化硅薄膜(3)和无掺杂的本征微晶硅薄膜；
步骤四：掺杂磷元素，利用印刷、喷墨或旋涂的方法在无掺杂的本征微晶硅薄膜表面印刷一层磷浆，然后烘干，得到掺杂n型的微晶硅薄膜；
步骤五：退火，在温度范围为700-1000℃的条件下退火，同时激活B和P原子，以形成均匀的掺杂；
步骤六：钝化层生长，在pn结层(2)表面印刷、喷墨或旋涂一层氧化铝薄膜(5)，所述氧化铝薄膜(5)的厚度为5-50nm，50-500℃烘干，然后分别在氧化铝薄膜(5)和N型微晶硅薄膜(4)表面沉积氮化硅薄膜，分别得到第一氮化硅薄膜(6)和第二氮化硅薄膜(7)；
步骤七：图形化开孔，利用激光对氧化铝薄膜(5)和第一氮化硅薄膜(6)开孔；
步骤八：透明导电层沉积，在第一氮化硅薄膜(6)表面沉积一层透明导电薄膜(8)；
步骤九：顶电池钙钛矿电池制备，首先电子传输层形成，采用二氧化钛薄膜，将二异丙氧基双乙酰丙酮钛加入无水正丁醇中，摇匀后旋涂到透明导电薄膜(8)表面，经450℃-500℃高温煅烧，形成二氧化钛薄膜层(9)；
步骤十：钙钛矿薄膜形成，将ABX3型钙钛矿材料溶于二甲基亚砜和N，N-二甲基甲酰胺的混合液中，进行搅拌，得到钙钛矿前驱体溶液，将钙钛矿前驱体溶液旋涂至二氧化钛薄膜层(9)表面，再进行退火处理，形成钙钛矿薄膜层(10)；
步骤十一：空穴传输层形成，将聚-3己基噻吩、小分子空穴传输材料或无机空穴传输材料旋涂至钙钛矿薄膜层(10)表面，形成空穴传输层(11)；
步骤十二：减反射层形成，在空穴传输层(11)表面沉积一层减反射层(12)；
步骤十三：电极制备，利用真空蒸镀设备在减反射层(12)和第二氮化硅薄膜(7)上分别蒸镀上电极(14)和下电极(13)，形成叠层电池。
2.如权利要求1所述的叠层太阳电池的制备方法，其特征在于：所述pn结层(2)、N型微晶硅薄膜(4)和氧化铝薄膜(5)均采用旋涂、印刷或者喷墨的方法完成。
3.如权利要求1所述的叠层太阳电池的制备方法，其特征在于：该电池结构为叠层电池，顶端电池为钙钛矿电池，底端电池为高效钝化接触电池。
4.如权利要求1所述的叠层太阳电池的制备方法，其特征在于：步骤二中涂覆的硼浆厚度为1μm以上，烘干温度为50-600℃。
5.如权利要求1所述的叠层太阳电池的制备方法，其特征在于：步骤四中涂覆的磷浆厚度为1μm以上，烘干温度为50-600℃。
6.如权利要求1所述的叠层太阳电池的制备方法，其特征在于：步骤三中隧穿氧化硅薄膜的厚度为2nm以下，沉积温度为500-700℃。
7.如权利要求1所述的叠层太阳电池的制备方法，其特征在于：步骤八中的透明导电薄膜(8)和步骤十二中的减反射层(12)由TCO材料材料制得。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201911070853.1A CN110767777B (zh) | 2019-11-05 | 2019-11-05 | 可降低成本提高转换效率的叠层太阳电池的制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201911070853.1A CN110767777B (zh) | 2019-11-05 | 2019-11-05 | 可降低成本提高转换效率的叠层太阳电池的制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN110767777A CN110767777A (zh) | 2020-02-07 |
| CN110767777B true CN110767777B (zh) | 2021-05-18 |
Family
ID=69336393
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201911070853.1A Active CN110767777B (zh) | 2019-11-05 | 2019-11-05 | 可降低成本提高转换效率的叠层太阳电池的制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN110767777B (zh) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111554764A (zh) * | 2020-04-01 | 2020-08-18 | 南开大学 | 一种高效稳定的钙钛矿/硅两端叠层太阳电池 |
| CN111540791A (zh) * | 2020-05-09 | 2020-08-14 | 天合光能股份有限公司 | 太阳电池及其制作方法 |
| EP3945608A1 (en) * | 2020-07-31 | 2022-02-02 | Total Se | Two terminal perovskite/silicon tandem solar cell and associated manufacturing method |
| CN118213426A (zh) * | 2024-05-21 | 2024-06-18 | 中能创光电科技(常州)有限公司 | 叠层电池组件及其制备方法 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| AU2002331705A1 (en) * | 2002-08-16 | 2004-03-03 | Midwest Research Institute | Multi-junction, monolithic solar cell with active silicon substrate |
| US10535791B2 (en) * | 2014-12-03 | 2020-01-14 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | 2-terminal metal halide semiconductor/C-silicon multijunction solar cell with tunnel junction |
| JP6722007B2 (ja) * | 2016-03-14 | 2020-07-15 | 株式会社カネカ | 積層型光電変換装置およびその製造方法 |
| CN208548372U (zh) * | 2018-06-29 | 2019-02-26 | 福建钜能电力有限公司 | 一种双结太阳能电池 |
| CN109888034A (zh) * | 2019-04-04 | 2019-06-14 | 国家电投集团西安太阳能电力有限公司 | 一种钙钛矿/背接触晶硅叠层太阳能电池 |
-
2019
- 2019-11-05 CN CN201911070853.1A patent/CN110767777B/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN110767777A (zh) | 2020-02-07 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| 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 | |
| CN110867516A (zh) | 新型基于钙钛矿和晶硅背钝化叠层太阳电池及其制造方法 | |
| CN105244441B (zh) | 基于四苯乙烯聚合物空穴传输层的钙钛矿太阳能电池 | |
| CN113206123A (zh) | 一种钙钛矿/晶硅叠层电池及其制备方法 | |
| CN106531888A (zh) | 卟啉衍生物用于倒置钙钛矿太阳能电池中空穴传输层/钙钛矿层的界面修饰 | |
| CN105470399A (zh) | 基于无掺杂有机空穴传输层的钙钛矿太阳能电池及制备方法 | |
| CN111029470B (zh) | 基于纳米草状介孔层的钙钛矿太阳能电池及其制备方法 | |
| CN110335945A (zh) | 一种双电子传输层无机钙钛矿太阳能电池及其制法和应用 | |
| CN114695671A (zh) | 钙钛矿太阳能电池及其制备方法、光伏系统 | |
| CN114784198A (zh) | 一种高效钙钛矿太阳能电池、电池组件、电池器件及其制备方法 | |
| CN106876595B (zh) | 一种n型硅异质结太阳能电池及其制备方法 | |
| CN111477751A (zh) | 一种柔性太阳能电池及其制备方法 | |
| CN114520288A (zh) | 一种晶硅钙钛矿叠层太阳电池的制备方法 | |
| CN111063806B (zh) | 一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法 | |
| CN108023018A (zh) | 基于带隙连续可调控的倒置钙钛矿太阳电池的制备方法 | |
| CN102208461B (zh) | 太阳能电池及其制备方法 | |
| CN104167453A (zh) | 一种基于CdSe纳米晶体的钙钛矿太阳电池及制备方法 | |
| CN114335216B (zh) | 一种四端叠层钙钛矿太阳能电池及其制备方法 | |
| CN205900557U (zh) | 一种光谱吸收增强型石墨烯硅基太阳能电池 | |
| CN211743192U (zh) | 一种柔性太阳能电池 | |
| CN114447228A (zh) | 具有微腔结构的钙钛矿太阳能电池及其制备方法 | |
| CN209515667U (zh) | 一种基于石墨炔电子传输层的太阳能叠层电池 | |
| CN108336181B (zh) | 一种太阳能电池及其制备方法 | |
| CN108461635B (zh) | 一种联硼化合物表面修饰钙钛矿薄膜的方法及其应用 | |
| CN104835860B (zh) | 具有双层钝化层的太阳能电池及其制备方法 |
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 | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20211215 Address after: 315600 No. 23, Xingke Middle Road, Meilin street, Ninghai County, Ningbo City, Zhejiang Province Patentee after: Dongfang Risheng (Ningbo) new energy Co.,Ltd. Address before: 213251 No.1, Shuinan Road, Zhixi town industrial concentration zone, Jintan District, Changzhou City, Jiangsu Province Patentee before: DONGFANG RISHENG (CHANGZHOU) NEW ENERGY Co.,Ltd. |