[發明專利]絨面均勻鈣鈦礦膜的液膜抑爬原位冷凍升華析晶制備方法

有效

• 申請號: 201811418911.0
• 申請日: 2018-11-26
• 公開（公告）號: CN109545975B
• 公開（公告）日: 2020-10-27
• 發明（設計）人: 楊冠軍;李小磊;李廣榮;劉研;丁斌;李長久;李成新
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 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任公司 61200
• 代理人: 田洲

本發明公開一種絨面均勻鈣鈦礦膜的液膜抑爬原位冷凍升華析晶制備方法，包括以下步驟：第一步，將鈣鈦礦前驅體溶膠或溶液涂覆在具有金字塔絨面形貌的基底上，形成仿形鈣鈦礦液膜；第二步，鈣鈦礦液膜的冷凍處理，使鈣鈦礦液膜凍結；第三步，鈣鈦礦液膜的抽氣升華處理：第四步，鈣鈦礦薄膜的熱處理：將經抽氣處理的鈣鈦礦薄膜在70～150℃進行10～120min的退火處理，去除殘余溶劑并使晶粒融合、長大，得到全覆蓋仿金字塔形的絨面均勻鈣鈦礦薄膜。本發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勢。

技術領域

本發明屬于硅-鈣鈦礦疊層太陽能電池制備技術領域，特別涉及一種鈣鈦礦膜的制備方法。

背景技術

太陽能電池作為一種可再生清潔能源技術，是解決人類社會發展面臨的能源問題的重要途徑之一。鈣鈦礦太陽能電池的光電轉化效率在不到十年內以前所未有的速度從3.8％不斷攀升到23％。同時，制備鈣鈦礦光伏電池所需工藝和設備簡單低廉、可采用低溫溶液法制備工藝、可利用絲網印刷及卷對卷工藝工業化生產等優點。上述優勢使鈣鈦礦太陽能電池成為最具產業化潛力的新一代高效光伏技術，也是近年來國際學術界與產業界高度關注的焦點與前沿技術。截止2018年11月，得到認證的單結鈣鈦礦太陽能電池的最高效率已經達到23.4％。更高的光電轉換效率始終是光伏電池技術發展的核心目標之一。然而單結鈣鈦礦太陽能電池的光電轉換效率無法超過肖克利-奎伊瑟極限理論效率。多結太陽能電池，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，已經廣泛應用于傳統的硅、砷化鎵太陽能電池。硅太陽能電池是目前占據市場份額最大的主流光伏技術。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可調(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成為了實現超高效、低成本光伏發電技術的重大課題之一。

高效率商業化硅太陽能電池通常采用金字塔絨面陷光結構。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，在這種復雜的表面紋理結構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。這種現象將導致電池短路，進而降低鈣鈦礦/晶硅疊層太陽能電池的光電轉換效率。為了避免這一問題，現有技術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構的硅電池相比，硅太陽能電池拋光后的光電轉換效率會降低至原始值的約50％。因此，這一技術方案存在如下不足：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成本，增加了工序和時間，降低了生產效率。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高效率低成本硅-鈣鈦礦兩端疊層光伏電池技術的核心難題。

發明內容

本發明的目的在于提供一種絨面均勻鈣鈦礦膜的液膜抑爬原位冷凍升華析晶制備方法，以解決上述技術問題。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

絨面均勻鈣鈦礦膜的液膜抑爬原位冷凍升華析晶制備方法，包括以下步驟：

第一步，鈣鈦礦液膜的均勻涂覆：將鈣鈦礦前驅體溶膠或溶液涂覆在具有金字塔絨面形貌的基底上，形成仿形鈣鈦礦液膜；

第二步，鈣鈦礦液膜的冷凍處理：將溫度低于鈣鈦礦液膜凝固點溫度的氣體或液體噴涂在涂覆仿形鈣鈦礦液膜的基底上，使鈣鈦礦液膜凍結；

第三步，鈣鈦礦液膜的抽氣升華處理：在低于仿形鈣鈦礦液膜凝固點溫度的環境中，將凍結的鈣鈦礦液膜轉移入抽氣干燥設備中進行真空抽氣處理，使凍結的溶劑從固態直接升華為氣態，得到均勻仿形的鈣鈦礦薄膜；