[發(fā)明專利]一種硅基疊層太陽能電池及其制備方法

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• 申請日: 2020-02-14
• 公開（公告）號: CN111261779A
• 公開（公告）日: 2020-06-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉玉申;況亞偉;張樹德;魏青竹;倪志春;洪學(xué)鹍;錢洪強(qiáng)
• 申請（專利權(quán)）人: 常熟理工學(xué)院
• 主分類號: H01L51/42
• 分類號: H01L51/42;H01L51/48
• 代理公司: 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 張俊范

1.一種硅基疊層太陽能電池，包括底電池結(jié)構(gòu)和頂電池結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述頂電池結(jié)構(gòu)層疊于所述底電池結(jié)構(gòu)之上，所述底電池結(jié)構(gòu)包括n型單晶硅襯底，所述n型單晶硅襯底上表面的四周設(shè)置SiO₂絕緣層以在所述n型單晶硅襯底的中央?yún)^(qū)域形成受光窗口，所述受光窗口區(qū)域的所述n型單晶硅襯底上制備p型摻雜層，在所述p型摻雜層和所述n型單晶硅襯底的層疊區(qū)域刻蝕制備豎直方向的納米孔周期陣列結(jié)構(gòu)，所述n型單晶硅襯底的納米孔內(nèi)為空隙，所述n型單晶硅襯底的下表面設(shè)置金屬薄膜層；所述頂電池結(jié)構(gòu)由下至上依次包括TiO₂薄膜層、鈣鈦礦吸收層、空穴傳輸層、透明導(dǎo)電薄膜層和金屬電極；所述金屬電極和所述金屬薄膜層分別引出作為導(dǎo)電電極對外電路供電。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅基疊層太陽能電池，其特征在于，所述納米孔周期陣列結(jié)構(gòu)的周期為600～1200nm，所述納米孔周期陣列結(jié)構(gòu)的納米孔的直徑為400～600nm，深度為400～800nm，所述納米孔周期陣列結(jié)構(gòu)的占空比為1/3～2/3。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅基疊層太陽能電池，其特征在于，所述TiO₂薄膜厚度為50～300nm。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅基疊層太陽能電池，其特征在于，所述鈣鈦礦吸收層的厚度為100～500nm。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅基疊層太陽能電池，其特征在于，所述空穴傳輸層為氧化鎳、氧化鎢、Spiro-OMeTAD之一，厚度為150～800nm。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅基疊層太陽能電池，其特征在于，所述金屬電極的材料為Au、Ag、Al、Gu、Pt之一，厚度為10～500nm。

7.一種硅基疊層太陽能電池的制備方法，其特征在于，依次包括步驟：一、在n型單晶硅襯底上四周沉積一層SiO₂絕緣層形成受光窗口；二、在所述受光窗口區(qū)域的n型單晶硅襯底表面利用液體硼源高溫?cái)U(kuò)散制備PN結(jié)；三、利用金屬輔助化學(xué)刻蝕方法在PN結(jié)上制備豎直方向的納米孔周期陣列結(jié)構(gòu)；四、利用旋涂法制備TiO₂薄膜層作為電子傳輸層；五、進(jìn)行退火固化并在所述TiO₂薄膜層上利用旋涂法依次制備鈣鈦礦吸收層和空穴傳輸層；六、在所述空穴傳輸層表面上采用電子束蒸發(fā)工藝分別制備透明導(dǎo)電薄膜層和金屬電極；七、在所述n型單晶硅襯底下表面沉積金屬薄膜層引出導(dǎo)線作為所述硅基疊層太陽能電池的負(fù)極，所述金屬電極引出導(dǎo)線作為所述硅基疊層太陽能電池的正極。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的硅基疊層太陽能電池的制備方法，其特征在于，所述利用金屬輔助化學(xué)法制備豎直方向的納米孔周期陣列結(jié)構(gòu)的過程中，利用勻膠機(jī)在制備PN結(jié)的硅片上旋涂銀納米膠體，轉(zhuǎn)速為2500～5000r/min，所述銀納米顆粒的直徑為50～800nm；旋涂后浸入雙氧水溶液中刻蝕，溶液的濃度為0.2～2mol/L，時(shí)間為0.5～2h；形成所述納米孔周期陣列后用硝酸溶液將所述銀納米顆粒除去。

9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的硅基疊層太陽能電池的制備方法，其特征在于，所述n型單晶硅襯底的電阻率為1.2～1.3Ω·cm，所述利用液體硼源高溫?cái)U(kuò)散制備PN結(jié)時(shí)以濃度為15～16mg/cm³的BBr₃液態(tài)硼源在1200～1250℃下進(jìn)行高溫?cái)U(kuò)散制備p型摻雜層。

10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的硅基疊層太陽能電池的制備方法，其特征在于，所述采用旋涂法制備TiO₂薄膜層時(shí)，以異丙醇鈦為鈦源配置旋涂溶液，以2000～3500r/min的速度旋涂，所述退火固化時(shí)退火溫度380～650℃，退火時(shí)間為1～3h，所述TiO₂薄膜層的厚度為10～300nm。