[發(fā)明專利]一種WS2/Si異質結太陽能電池制備方法

有效

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• 申請日: 2016-04-25
• 公開（公告）號: CN105870253B
• 公開（公告）日: 2018-02-27
• 發(fā)明（設計）人: 曾祥斌;王文照;陳曉曉;丁佳;李寒劍;徐素娥;郭富城
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H01L31/18
• 分類號: H01L31/18;H01L31/074
• 代理公司: 北京連城創(chuàng)新知識產權代理有限公司11254
• 代理人: 郝學江

技術領域

本發(fā)明屬于微電子及光電子技術領域，更具體地，涉及一種二硫化鎢/硅異質結太陽電池的制備工藝。

背景技術

現(xiàn)今世界，資源、環(huán)境問題日益突出，全球能源危機和碳排放問題日趨嚴重，作為清潔能源的太陽能，因其可再生性和無環(huán)境污染而成為當今各國大力開發(fā)的新能源，以太陽能光電利用為標志的光伏產業(yè)得以迅猛發(fā)展，太陽能電池的研發(fā)便成為近年來發(fā)展最快、最具有活力的領域之一。太陽能電池又稱“太陽能芯片”或“光電池”，是一種可將能量轉換的光電元件，目前制約其發(fā)展的兩個關鍵問題就是：提高轉換效率和降低成本。

太陽能電池是利用半導體材料的光伏效應原理把太陽光能轉換為電能的一種裝置，硅是當前最常用的太陽能電池材料，由該材料制備的太陽能電池轉換效率高，技術也相對成熟。目前，雖然在太陽能電池中硅系太陽能電池是發(fā)展最成熟的，但由于成本居高不下，嚴重影響到其大規(guī)模推廣應用；隨著技術的發(fā)展，現(xiàn)今的硅系太陽能電池，其效率近理論極限，要想再進一步提高轉換效率是非常困難的；因此，太陽能電池的發(fā)展離不開對新的半導體材料的選擇和制備工藝的改進。

二硫化鎢（WS₂ ）的天然礦物為輝鎢礦，在自然界中較為稀少，主要通過化學方法制取；因其具有抗輻射性和良好的熱穩(wěn)定性及化學穩(wěn)定性，是優(yōu)良的半導體材料；層狀結構的WS₂在可見光范圍具有寬的帶隙且?guī)犊烧{的物理性質、較高的載流子遷移率等特點，已成為目前半導體材料領域研究的熱點之一；由該材料與硅Si制備的WS₂ / Si異質結太陽電池具有優(yōu)良的光伏效應，且具有工藝簡單、易于操作等特點，在降低器件成本的同時，能有效吸收轉換太陽光。另外，已實現(xiàn)二硫化鎢薄層大尺寸、均勻制取，因此，WS₂ / Si異質結太陽能電池具有良好應用前景。

發(fā)明內容

本發(fā)明所解決的問題在于提供一種二硫化鎢/硅異質結太陽能電池制備方法，實現(xiàn)太陽能的有效轉換。

一種二硫化鎢/硅異質結太陽能電池的制備，包括以下步驟：

(1)采用丙酮溶液對單晶硅片進行超聲清洗，去除硅片表面的有機污垢，并采用酒精對所述硅片進行超聲清洗去除所述硅片表面的丙酮，去離子水沖洗3次。

(2)采用緩沖蝕刻液BOE清洗上述硅片，去除表面氧化層，然后去離子水中沖洗，用氮氣吹干。清洗后的單晶硅片記作單晶硅片A。

(3)采用1.1 ~ 2 wt % NaOH和1 ~ 3 vol% IPA的混合溶液在70 ~ 90 °C條件下腐蝕P型硅片A 15 ~ 26 min。絨面制備后表面成倒金字塔狀結構的單晶硅片記作硅片B。

(4)在PECVD系統(tǒng)中通入NH₃，用NH₃等離子轟擊B表面，從而鈍化B表面。流量控制在20 ~ 30 sccm，真空室壓強保持在0.5 ~ 1.2 Pa。

(5)在PECVD系統(tǒng)中通入SiH₄，流量控制在30 ~ 60 sccm，真空室壓強保持在80 ~ 100Pa。時間2 ~ 4 min, 功率 80 ~ 150W，形成附有本征非晶硅薄膜的硅片C。

(6) 將三氧化鎢粉末WO₃（1mg）分散在乙醇中，然后將其放在硅片C表面上。

(7) 將盛有硫粉S（100mg ~ 500mg）的石英舟置于加熱爐石英管通風口上流低溫區(qū)，溫度200 ~ 250℃，表面盛有WO₃的硅片C置于爐中央，向石英管充入保護氣體Ar 10 ~ 15 min以排凈空氣，然后加熱石英管至500℃ ~ 600℃。其中Ar氣流量為10 ~ 100 sccm。

(8) 保持上述Ar氣流量不變，以 3 ℃/min~5℃/min緩慢加熱石英管至750 ~ 900 ℃，恒溫5 ~ 30 min后冷卻至室溫，形成附有WS₂薄膜的硅片D。

(9)在上述硅片的反面熱蒸發(fā)金屬鋁背電極，并在H₂氣氛下退火。退火溫度為450℃±20℃，退火處理時間為25 ~ 35 min；附有Al電極的硅片記作硅片E。

(10)E正面含有二硫化鎢，其上采用電子束蒸發(fā)制備厚度為50 ~ 200nm的鈀薄膜構成上電極，形成異質結太陽能電池。

其中，所述單晶硅片為p型單晶硅片，厚度150微米~300微米，電阻率0.2Ω?㎝ ~ 1.0Ω?㎝。