[發明專利]稀土改性碳納米管硅太陽能電池的制備方法

有效

• 申請號: 201210045876.9
• 申請日: 2012-02-27
• 公開（公告）號: CN103296127A
• 公開（公告）日: 2013-09-11
• 發明（設計）人: 梁海;程先華;孫洪濤;王傳英;宋宇;雷子恒
• 申請（專利權）人: 浙江啟鑫新能源科技股份有限公司
• 主分類號: H01L31/18
• 分類號: H01L31/18;C23C16/44;C23C16/34
• 代理公司: 上海旭誠知識產權代理有限公司 31220
• 代理人: 鄭立

技術領域

本發明涉及一種硅太陽能電池的制備方法，尤其涉及一種表面沉積有稀土改性碳納米管薄膜的硅太陽能電池，屬于太陽能電池制備領域。

背景技術

由于全球性的能源危機和對環境保護的日益重視，可再生能源的開發利用在整個能源構成中的比例越來越大。光伏能源在許多可再生能源中占有重要的地位，太陽能電池屬高技術光電產業，是國家重點發展的高新技術產品。但其成本高、轉換效率低成為制約太陽能電池發展的關鍵，因此，設計開發新型高光電轉換效率的硅太陽能電池具有重要意義。

碳納米管是由一層或者數層石墨層片按照一定螺旋角卷曲而成的一維納米材料，具有優異的電學性質和吸波性能。在太陽能電池基片表面組裝一層碳納米管薄膜，可大大提高其光電轉化效率。但是，碳納米管納米級尺寸及高的表面能導致其分散性較差、容易團聚；而且表面缺陷少，缺少活性基團，與基體相容性差。為了改善碳納米管的分散性并增加其與基體界面的結合力，必須通過碳納米管的表面進行改性及基底表面組裝活性基團等方法，在基體表面組裝均勻致密的碳納米管薄膜。

經文獻檢索發現，公開號為CN101820012A的中國發明專利申請公開了一種表面組裝有碳納米管的硅太陽電池。該技術是將碳納米管組裝在制好PN結的硅太陽電池基片和減反射膜之間，使光電轉換效率得到一定的提高。但是該技術未對碳納米管進行表面改性處理，在基體表面組裝碳納米管的過程中未涉及具體方法，而且該技術未對基片進行表面處理。因此受碳管分散性差，在基體表面容易團聚，與基體結合性差等限制，太陽能電池光電轉換效率比較低。

發明內容

有鑒于現有技術的上述缺陷，本發明所要解決的技術問題是提供一種高轉換效率的表面組裝有碳納米管的太陽能電池的制備方法。

為實現上述目的，本發明提供了一種高轉換效率的稀土改性碳納米管硅太陽能電池的制備方法。在本發明方法中，采用表面制好PN結的硅片作為基體，在其表面制備稀土改性碳納米管膜；然后鍍減反射膜、印刷電極，制成所述太陽能電池。

具體地，在硅片基片表面，氨基硅烷分子中含有可水解的活性基團，能夠通過化學建Si-O與具有活性基團Si-OH的基底材料相結合，在基底表面形成一層表面帶有氨基基團的硅烷自組裝薄膜。將表面組裝了氨基硅烷底基片置入一定濃度的三氯氧磷溶液中靜置一段時間，薄膜表面的氨基基團被原位氧化成磷酸基基團。再將其置入碳納米管懸浮液后，基片表面將沉積碳納米管。在表面制作一層減反射膜，可減少光的反射，采用絲網印刷方法在上下表面印刷正、負電極，可將產生的電流導出。

該制備方法能很好的改善碳納米管的分散性以及與硅基體的結合性，從而提高太陽能電池的光電轉換效率。

本發明所述硅片為表面制好PN結的單晶硅或多晶硅片；所述碳納米管包括單壁、雙壁或多壁碳納米管。

在本發明的具體技術方案中，表面組裝有碳納米管的太陽能電池的制備方法包括如下步驟：

步驟一、首先對制好PN結的硅片進行表面處理，取出后清洗干凈，烘干。其次，將處理后的硅片浸入配置好的氨基硅烷溶液中，靜置，在基片表面組裝氨基硅烷薄膜；取出后清洗干凈，烘干。最后，將表面組裝有氨基硅烷薄膜的基片置入三氯氧化磷溶液中浸泡，使基體硅片硅烷薄膜表面組裝上磷酸基團，取出后清洗干凈，烘干。

在本發明的較佳實施方式中，對硅片進行表面處理的方式優選為：將硅片浸入piranha溶液(H₂SO₄∶H₂O₂＝70∶30，V/V)中，在烘箱內90℃下處理1～2h。

所述的氨基硅烷為3-氨基丙基-三乙氧基硅烷(APTES)。氨基硅烷溶液優選氨基硅烷濃度為0.1～1.0mmol/L的乙醇溶液。硅片浸入氨基硅烷溶液中的時間優選靜置60～120min。

所述的三氯氧磷溶液：三氯氧磷濃度為0.1～0.2mol/L，2，3，5三甲基吡啶濃度為0.1～0.2mol/L，溶劑為氰化甲烷。基片置于三氯氧磷溶液中的浸泡時間優選2～4h。

步驟二、首先，配制經稀土改性后的碳納米管懸浮液，其配制方法具體為：室溫下，將碳納米管浸入稀土改性劑中浸泡3～6小時，過濾后烘干。然后將得到的碳納米管按0.1～0.2mg/mL放入N，N-二甲基甲酰胺(DMF)分散劑中，超聲波分散，優選在80W下超聲1～2小時；得到穩定的稀土改性的碳納米管懸浮液。