[發明專利]一種硅基陣列疊層太陽能電池及其制備方法

在審

• 申請號: 202010092857.6
• 申請日: 2020-02-14
• 公開（公告）號: CN111370520A
• 公開（公告）日: 2020-07-03
• 發明（設計）人: 劉玉申;況亞偉;張樹德;魏青竹;倪志春;洪學鹍;錢洪強
• 申請（專利權）人: 常熟理工學院
• 主分類號: H01L31/0687
• 分類號: H01L31/0687;H01L31/18;H01L51/42;H01L51/48
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 張俊范

1.一種硅基陣列疊層太陽能電池，包括底電池結構和頂電池結構，其特征在于，所述頂電池結構層疊于所述底電池結構之上，所述底電池結構包括n型單晶硅襯底，所述n型單晶硅襯底上表面的四周設置SiO₂絕緣層以在所述n型單晶硅襯底的中央區域形成受光窗口，所述受光窗口區域的所述n型單晶硅襯底上刻蝕制備豎直方向的納米孔周期陣列結構，在所述受光窗口區域的所述n型單晶硅襯底及所述納米孔周期陣列結構的納米孔內壁制備p型摻雜層，所述n型單晶硅襯底的下表面設置金屬薄膜層；所述頂電池結構由下至上依次包括TiO₂薄膜層、鈣鈦礦吸收層、空穴傳輸層、透明導電薄膜層和金屬電極，所述TiO₂薄膜層層疊于所述SiO₂絕緣層和所述p型摻雜層之上并填充嵌入所述納米孔內；所述金屬電極和所述金屬薄膜層分別引出作為導電電極對外電路供電。

2.根據權利要求1所述的硅基陣列疊層太陽能電池，其特征在于，所述納米孔周期陣列結構的周期為200～900nm，所述納米孔周期陣列結構的納米孔的直徑為50～800nm，深度為100～1000nm，所述納米孔周期陣列結構的占空比為0.4～0.8。

3.根據權利要求1所述的硅基陣列疊層太陽能電池，其特征在于，所述TiO₂薄膜層的層疊于p型摻雜層表面的厚度為100～150nm。

4.根據權利要求1所述的硅基陣列疊層太陽能電池，其特征在于，所述鈣鈦礦吸收層的厚度為100～500nm。

5.根據權利要求1所述的硅基陣列疊層太陽能電池，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.根據權利要求1所述的硅基陣列疊層太陽能電池，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。

7.一種硅基陣列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型單晶硅襯底上表面利用利用金屬輔助化學刻蝕方法制備豎直方向的納米孔周期陣列結構；二、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；三、在所述受光窗口區域的n型單晶硅襯底上表面及所述納米孔周期陣列結構的納米孔內壁表面利用液體硼源高溫擴散制備PN結；四、利用磁控濺射法在SiO₂絕緣層及PN結表面制備TiO₂薄膜層作為電子傳輸層，所述TiO₂薄膜層填充嵌入所述納米孔內；五、進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工藝分別制備透明導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線作為所述硅基陣列疊層太陽能電池的負極，所述金屬電極引出導線作為所述硅基陣列疊層太陽能電池的正極。

8.根據權利要求7所述的硅基陣列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法制備豎直方向的納米孔周期陣列結構的過程中，利用勻膠機在所述n型單晶硅襯底上旋涂銀納米膠體，轉速為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.根據權利要求7所述的硅基陣列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擴散制備PN結時以濃度為15～16mg/cm³的BBr₃液態硼源在1200～1250℃下進行高溫擴散制備p型摻雜層。

10.根據權利要求9所述的硅基陣列疊層太陽能電池的制備方法，其特征在于，所述利用磁控濺射法制備TiO₂薄膜層時，TiO2靶材純度99.99％，本地真空10^-3～10^-5torr，工作氣體為氬氣，所述退火固化時退火溫度380～650℃，退火時間為1～3h，所述TiO₂薄膜的層疊于p型摻雜層表面的厚度為100～150nm。