[發(fā)明專利]絨面均勻鈣鈦礦膜的高粘液膜抑爬原位析晶制備方法

有效

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• 申請日: 2018-11-26
• 公開（公告）號: CN109545974B
• 公開（公告）日: 2021-01-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊冠軍;李小磊;劉梅軍;王瑤;楚倩倩;李長久;李成新
• 申請（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號: H01L51/42
• 分類號: H01L51/42;H01L51/48
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 田洲

本發(fā)明公開一種絨面均勻鈣鈦礦膜的高粘液膜抑爬原位析晶制備方法，包括：第一步，利用黏度不低于2.5mPa·s的高粘度溶劑配制鈣鈦礦前驅(qū)體溶膠；第二步，鈣鈦礦液膜的均勻涂覆；第三步，鈣鈦礦液膜的干燥處理；第四步，鈣鈦礦薄膜的熱處理：將經(jīng)干燥處理的鈣鈦礦薄膜在90～150℃進行10～120min的退火處理，去除殘余溶劑并使晶粒長大，最后得到全覆蓋仿金字塔形的絨面均勻鈣鈦礦薄膜。本發(fā)明在不對硅金字塔絨面進行拋光磨平處理的條件下，采用溶液沉積法實現(xiàn)了在微米尺度起伏的金字塔絨面基底上全覆蓋均勻仿形鈣鈦礦薄膜的制備，保持了硅太陽能電池高效率的優(yōu)勢；套公式省去了拋光磨平處理，降低了生產(chǎn)成本，減少了時間的浪費，提高了實際生產(chǎn)速度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于硅-鈣鈦礦疊層太陽能電池制備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種鈣鈦礦膜的制備方法。

背景技術(shù)

太陽能電池是一種能夠?qū)⑻柟獾哪芰恐苯愚D(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿陌雽?dǎo)體器件，它對于解決人類發(fā)展過程中的能源與環(huán)境問題具有重要的意義。有機無機雜化鈣鈦礦太陽能電池因其具有超高的光電轉(zhuǎn)化效率、簡單低廉的制備工藝和設(shè)備、可溶液法低溫制備等優(yōu)點，近年來受到了全世界學(xué)術(shù)界及產(chǎn)業(yè)界的廣泛關(guān)注。截止2018年11月，得到認證的單結(jié)鈣鈦礦太陽能電池的最高效率已經(jīng)達到23.4％。更高的光電轉(zhuǎn)換效率始終是光伏電池技術(shù)發(fā)展的核心目標之一。然而單結(jié)鈣鈦礦太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率無法超過肖克利-奎伊瑟極限理論效率。多結(jié)太陽能電池，即疊層電池由具有不同帶隙的太陽能子電池組成，是一種成熟有效的突破肖克利-奎伊瑟極限理論效率的方式，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于傳統(tǒng)的硅、砷化鎵太陽能電池。硅太陽能電池是目前占據(jù)市場份額最大的主流光伏技術(shù)。單晶硅的帶隙約為1.1eV，是理想的窄帶隙子電池。有機無機雜化鈣鈦礦材料及全無機鈣鈦礦材料具有帶隙連續(xù)可調(diào)(1.25～2.0eV)的特點。基于上述特點，硅-鈣鈦礦疊層光伏電池技術(shù)成為了實現(xiàn)超高效、低成本光伏發(fā)電技術(shù)的重大課題之一。

高效率商業(yè)化硅太陽能電池通常采用金字塔絨面陷光結(jié)構(gòu)。硅金字塔絨面起伏高度通常在1～20μm，它能夠有效增加光俘獲能力，從而提高電池的短路電流密度。然而，在這種復(fù)雜的表面紋理結(jié)構(gòu)難以沉積厚度均勻的鈣鈦礦膜。以溶液法沉積厚度小于1μm的鈣鈦礦薄膜時，溶液在“金字塔”之間的谷中積聚，使得金字塔的塔尖上沒有覆蓋液體，這將導(dǎo)致最終的鈣鈦礦薄膜無法完全覆蓋金字塔的頂角及棱。這種現(xiàn)象將導(dǎo)致電池短路，進而降低鈣鈦礦/晶硅疊層太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。為了避免這一問題，現(xiàn)有技術(shù)對硅電池的金字塔絨面進行了拋光磨平處理。然而，與具有金字塔絨面陷光結(jié)構(gòu)的硅電池相比，硅太陽能電池拋光后的光電轉(zhuǎn)換效率會降低至原始值的約50％。因此，這一技術(shù)方案存在如下不足：第一，對硅金字塔絨面進行拋光磨平處理大幅降低了硅太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率；第二，增加的拋光磨平處理提高了疊層太陽能電池的生產(chǎn)成本，增加了工序和時間，降低了生產(chǎn)效率。因此，如何在微米尺度起伏的金字塔絨面基底上制備全覆蓋均勻仿形鈣鈦礦薄膜成為實現(xiàn)高效率低成本硅-鈣鈦礦兩端疊層光伏電池技術(shù)的核心難題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種絨面均勻鈣鈦礦膜的高粘液膜抑爬原位析晶制備方法，以解決上述技術(shù)問題。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

絨面均勻鈣鈦礦膜的高粘液膜抑爬原位析晶制備方法，包括以下步驟：

第一步，利用黏度不低于2.5mPa·s的高粘度溶劑配制鈣鈦礦前驅(qū)體溶膠；

第二步，鈣鈦礦液膜的均勻涂覆：將鈣鈦礦前驅(qū)體溶膠或溶液涂覆在具有金字塔絨面形貌的基底上，形成一層厚度小于金字塔平均特征高度的60％的均勻仿形鈣鈦礦液膜；金字塔平均特征高度范圍為5～20μm；

第三步，鈣鈦礦液膜的干燥處理：快速完成對鈣鈦礦液膜的干燥處理，從而獲得均勻全覆蓋仿金字塔形鈣鈦礦薄膜；

第四步，鈣鈦礦薄膜的熱處理：將經(jīng)干燥處理的鈣鈦礦薄膜在90～150℃進行10～120min的退火處理，去除殘余溶劑并使晶粒長大，最后得到全覆蓋仿金字塔形的絨面均勻鈣鈦礦薄膜。