[發明專利]二維材料增強的太陽能電池結構及其制作方法

在審

• 申請號: 201710232706.4
• 申請日: 2017-04-11
• 公開（公告）號: CN107195695A
• 公開（公告）日: 2017-09-22
• 發明（設計）人: 林時勝;陸陽華;馮思睿
• 申請（專利權）人: 杭州格藍豐納米科技有限公司
• 主分類號: H01L31/0216
• 分類號: H01L31/0216;H01L31/18
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司33200
• 代理人: 萬尾甜,韓介梅

技術領域

本發明涉及一種太陽能電池及其制備方法，尤其涉及一種二維材料增強的太陽能電池及其制備方法，屬于太陽能電池技術領域。

背景技術

近年來，能源問題作為一個日益顯著的問題，引起了研究和產業界的廣泛關注。其中，太陽能發電作為有前景的潔凈新能源對人類社會的可持續發展將發揮著極其重要的作用，因此吸引了越來越多研究人員的參與，可以廣泛應用于航空、民用以及軍事領域。目前商業化的太陽能電池產品中，晶體硅(單晶和多晶)太陽能電池的市場份額最大，一直保持在85％以上的市場占有率。

硅晶太陽能電池具有諸多優勢，其研究與生產也已經相對穩定和成熟，光電轉換效率較高，在未來的一段時間內新能源包括光伏發電的巨大需求將會促使硅晶太陽能電池產業的高速發展的勢頭依然保持強勁。盡管硅晶太陽能電池具有諸多優勢，但硅材料成本還是相對較高，這使其在價格方面處于較為不利的地位。同時，新一代的各種太陽能電池(有機太陽能電池、敏化太陽能電池、石墨烯異質結太陽能電池、薄膜太陽能電池等)也在迅猛發展，光電轉換效率迅速提高，成本進一步降低，也對硅晶太陽能電池的地位提出了挑戰。因此，為提升硅晶太陽能電池的競爭力，提高其光電轉換效率是其中一種最為直接的方式。另外一方面，二維半導體材料的研究表明二維半導體的內量子效率可以達到90％以上，表明二維半導體材料可以成為很好的下轉換材料。二維碳化硅和二維二硫化鉬隨著層數減小，逐漸成為直接禁帶半導體，熒光效率也隨之提升。單層二硫化鉬的能帶為1.8eV，單層碳化硅的能帶為2.5eV，都為直接禁帶半導體，因此二維碳化硅和二維二硫化鉬可以成為很好的下轉換材料。由于二維碳化硅的合成實現不久(專利ZL201410511422.5)，關于二維碳化硅在下轉換材料提升太陽能電池轉換效率的報導還沒有，本發明首次在硅晶太陽能電池中引入二維二硫化鉬、二維碳化硅等具有下轉換效應的二維材料層，可以提高太陽能電池對紫外光的吸收利用率，有助于提高太陽能電池的光電轉換效率。

發明內容

本發明的目的在于提供一種光電轉換效率極高且制備工藝簡單的二維材料增強太陽能電池及其制備方法。

本發明的采用二維材料增強的太陽能電池結構，是在已成型太陽能電池的絕緣減反層上增設有下轉換材料層，所述的下轉換材料層為二維碳化硅、二維二硫化鉬中一種或幾種混合的二維材料層。其中，所述的二維材料層即厚度僅幾個原子層的薄膜層，通常厚度不超過100nm；所述的二維碳化硅為超薄碳化硅材料，即厚度為5nm以下，其制備方法可參考ZL201410511422.5，所述的二維二硫化鉬為單層或幾個原子層的二硫化鉬薄膜，可采用微機械剝離法、鋰離子插層剝離法、液相超聲剝離法、水熱法以及化學氣相沉積法等多種方法獲得。

上述技術方案中，所述的已成型太陽能電池為硅晶太陽能電池。行業中現有的硅晶太陽能電池其結構通常包括自下而上依次設置的背電極、制有p-n結的晶體硅片、絕緣減反層、正電極；可以是單晶硅太陽電池也可以是多晶硅電池；

本發明的太陽電池即是在硅晶太陽電池的制備過程中，在制作電極前，先在絕緣減反層上增設一層二維的下轉換材料層，所述的下轉換材料層是通過旋涂、浸泡或者噴淋前驅體溶液的方式附著在絕緣減反層上。

上述前驅體溶液為二維碳化硅、二維二硫化鉬中的一種或多種在水、乙醇或異丙醇(IPA)中形成的分散液。

所述的絕緣減反層為氧化鋁、氮化硅、二氧化硅中的一種；生長的方式為等離子體增強化學氣相沉積(PECVD)、磁控濺射、熱蒸發、電子束蒸發或原子層沉積(ALD)中的一種。

在太陽能電池制備過程中，獲得絕緣減反層后，先旋涂、浸泡或噴淋前驅體溶液，烘干后在絕緣減反層上獲得下轉換材料層，再進行后續電極制備及燒結。

如在制備硅晶太陽能電池時：

將成品晶體硅片經過傳統的清洗、制絨、擴散制結、刻蝕，再用磁控濺射、熱蒸發、電子束蒸發、ALD或者PECVD方法制備一層絕緣減反層，可以是氧化鋁、二氧化硅、氮化硅中的一種，然后在該絕緣減反層上旋涂或者噴淋上前驅體溶液，亦或將上述絕緣減反層表面浸入前驅體溶液中再取出；烘干，最后將電極(背面電極、鋁背場和正電極)印刷及烘干、燒結制備成硅晶太陽能電池。

本發明與現有技術相比具有的有益效果是：