技术领域
[0001] 本
发明涉及
太阳能电池领域，具体地说，是一种适于提高柔性薄膜适应性的
单晶硅薄膜太阳能电池及其制备方法。
背景技术
[0002] 随着石油和
煤炭等不可再生资源的逐渐耗尽，
可再生能源的利用与开发显得越来越紧迫，其中太阳能
光伏发电已经成为
可再生能源中最安全、最环保和最具潜
力的竞争者。太阳能电池作为将太阳光能直接转换为
电能的器件，由
PN结和上、下
电极构成，光照下产生的
电子和空穴在PN结或
异质结空间
电场作用下向不同方向移动，从而形成光生
电压和
电流。
[0003] 现今所有商业规模生产的太阳能电池，都是以硅作为制作材料。硅太阳能电池分为单晶硅太阳能电池、
多晶硅太阳能电池和非晶硅太阳能电池三种。其中，单晶硅太阳能电池具有最高的转换效率，在大规模应用和工业生产中仍占据主导地位，但由于受单晶硅材料价格及相应的繁琐的电池工艺影响，致使单晶硅成本价格居高不下，要想大幅度降低其成本是非常困难的。
[0004] 柔性硅薄膜太阳能电池具有高功率重量比、柔软、可折叠、设计简单、制备成本低和便于携带等特点。经过进几年的研究发展，柔性硅薄膜太阳能电池的制造技术和应用领域已取得了巨大的突破，但也存在一些
缺陷，比如光-电转换效率低、供电
稳定性弱、光致衰退效应等问题。
发明内容
[0005] 本发明的主要目的在于提供一种柔性单晶硅薄膜太阳能电池及其制备方法，其通过提高柔性薄膜的适应性，得以使薄膜应用于不同的基底材料，以便于实现经济、快速、可大面积制作的柔性薄膜太阳能电池。
[0006] 为达到以上目的，本发明采用的技术方案为：一种柔性单晶硅薄膜太阳能电池，所述太阳能电池的组成结构依次为基底、
铝电极、薄膜层以及金电极，所述铝电极和所述金电极分别通过沉积的方式设置于所述薄膜层两侧，所述铝电极设置于所述基底上，其中，所述薄膜层包括含
硼单晶硅、磷源以及铬薄膜，所述铬薄膜上沉积有所述金电极，所述含硼单晶硅的背面设置有所述铝电极。
[0007] 根据本发明的一
实施例，所述铝电极的厚度为50～80nm。
[0008] 根据本发明的一实施例，所述铬薄膜的厚度为10～20nm。
[0009] 根据本发明的一实施例，形成的所述金电极薄膜的厚度为60～90nm。
[0010] 根据本发明的一实施例，所述含硼单晶硅为硼掺杂单晶硅薄膜。
[0011] 根据本发明的一实施例，所述磷源为P452。
[0012] 一种柔性单晶硅薄膜太阳能电池的制备方法，其包括步骤：
[0013] S100将含硼单晶硅置于由高氯酸和过
氧化氢组成的混合溶液中浸泡10～30分钟，以用于清除所述含硼单晶硅表面的有机杂质，取出后再用
水冲洗烘干，其中，混合溶液的
温度为50～80℃；
[0014] S200将磷源
旋涂于含硼单晶硅表面，再放置于100～150℃下加热10～20分钟，随后放置于800～1000℃的扩散炉中扩散2～5分钟；
[0015] S300通过
光刻机在半成品表面制作分离孔模板，再通过深反应离子蚀刻技术
腐蚀表面单晶硅直到露出
二氧化硅中间层；
[0016] S400将半成品浸泡于浓度为10～20％的
氢氟酸溶液中12～24小时；
[0017] S500通过电子束
物理气相沉积系统在半成品的含硼单晶硅背面沉积铝纳米薄膜，形成铝电极，再在氮气环境下进行
退火，退火温度为350～400℃，退火时间为15～30分钟；
[0018] S600通过
光刻机在半成品表面制备顶面电极的模板，再通过电子束物理气相沉积系统在顶面模板上沉积铬薄膜，再在铬薄膜的表面沉积金纳米薄膜，随后在氮气环境下进行退火，退火温度为300～350℃，退火时间为5～10分钟；以及
[0019] S700将制作好的带有顶面金电极和背面铝电极的太阳能电池转移到基底上，所述铝电极设置于基底上，制得所述柔性单晶硅薄膜太阳能电池。
[0020] 根据本发明的一实施例，所述基底选自玻璃、金属薄膜、聚对苯二
甲酸乙二酯、聚二甲基硅氧烷以及柔性不锈
钢薄膜中的一种。
附图说明
[0021] 图1是根据本发明的一个优选实施例的柔性单晶硅薄膜太阳能电池的结构示意图。
[0022] 图2是根据本发明的一个优选实施例的柔性单晶硅薄膜太阳能电池的性能测试图。
[0023] 附图标记说明
[0024] 1太阳能电池 10基底 20铝电极 30含硼单晶硅
[0025] 40磷源 50铬薄膜 60金电极
具体实施方式
[0026] 以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。
[0027] 如图1所示的是一种柔性单晶硅薄膜太阳能电池1，所述太阳能电池1的组成结构依次为基底10、铝电极20、薄膜层以及金电极60，所述铝电极20和所述金电极60分别通过沉积的方式设置于所述薄膜层两侧，所述铝电极20设置于所述基底10上，其中，所述薄膜层包括含硼单晶硅30、磷源40以及铬薄膜50，所述铬薄膜50上沉积有所述金电极60，所述含硼单晶硅30的背面设置有所述铝电极20。从而通过提高柔性薄膜的适应性，得以使薄膜应用于不同的基底10材料，以便于实现经济、快速、可大面积制作的柔性薄膜太阳能电池1。
[0028] 其中，所述铝电极20的厚度为50～80nm。
[0029] 其中，所述铬薄膜50的厚度为10～20nm。
[0030] 其中，形成的所述金电极60薄膜的厚度为60～90nm。
[0031] 其中，所述含硼单晶硅30为硼掺杂单晶硅薄膜(SOI)，所述磷源40为P452。
[0032] 一种柔性单晶硅薄膜太阳能电池1的制备方法，包括步骤：
[0033] S100将含硼单晶硅30(SOI)置于由高氯酸和过氧化氢组成的混合溶液中浸泡10～30分钟，以用于清除所述含硼单晶硅30表面的有机杂质，取出后再用水冲洗烘干，其中，混合溶液的温度为50～80℃；
[0034] S200将磷源40旋涂于含硼单晶硅30表面，再放置于100～150℃下加热10～20分钟，随后放置于800～1000℃的扩散炉中扩散2～5分钟；
[0035] S300通过光刻机在半成品表面制作分离孔模板，再通过深反应离子蚀刻(DRIE)技术腐蚀表面单晶硅直到露出二氧化硅中间层；
[0036] S400将半成品浸泡于浓度为10～20％的氢氟
酸溶液中12～24小时；
[0037] S500通过电子束物理气相沉积系统(EB-PVD)在半成品的含硼单晶硅30背面沉积铝纳米薄膜，形成铝电极20，再在氮气环境下进行退火，退火温度为350～400℃，退火时间为15～30分钟；
[0038] S600通过光刻机在半成品表面制备顶面电极的模板，再通过电子束物理气相沉积系统在顶面模板上沉积铬薄膜50，再在铬薄膜50的表面沉积金纳米薄膜，随后在氮气环境下进行退火，退火温度为300～350℃，退火时间为5～10分钟；以及
[0039] S700将制作好的带有顶面金电极60和背面铝电极20的太阳能电池1转移到基底10上，所述铝电极20设置于基底10上，制得所述柔性单晶硅薄膜太阳能电池1。
[0040] 其中，所述基底10选自玻璃、金属薄膜、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)以及柔性
不锈钢薄膜中的一种。
[0041] 本发明在现有单晶硅太阳能电池1生产工艺技术的
基础上，结合界面辅助薄膜转移技术制备所述柔性单晶硅薄膜太阳能电池1，扩展其适用范围，降低生产成本。
[0042] 通过界面辅助薄膜转移技术，得以大面积地转移纳米或微米量级的薄膜，在薄膜转移之前先在薄膜上制备好器件的电极，并利用此电极作为薄膜的骨架，有效提高了大面积纳米薄膜转移的成功率。其优势在于不仅提高了转移薄膜的尺寸，同时对衬底材料没有特殊要求，可以是硬质材料(如玻璃、金属薄膜等)，还可以是柔性的衬底材料(如PET、PDMS、柔性不锈钢薄膜等)。
[0043] 所述磷源40P452是一种液态扩散磷源40材料，通过旋转涂覆的方式涂抹于硅材料表面，可以实现杂质进入硅材料的精确控制，为
半导体结的制备提供杂质源。
[0044] 所述金电极60起到保护薄膜层的作用，使得所述薄膜层不易破裂，分离的成功率提高，从而使得所述薄膜层转移成功率得到提高。同时，所述铬薄膜50有利于提高金纳米薄膜和所述薄膜层的粘合力，从而使制得的太阳能电池1结构更加稳定。
[0045] 本发明使用的分步退火的技术解决了
纳米材料熔点变低的问题，提高了金电极60的稳定性，从而使正
反面电极都非常完整，提高了柔性单晶硅薄膜太阳能电池1的整体品质。
[0046] 本发明的所述柔性单晶硅薄膜太阳能电池1的光电转化效率得以达到体硅材料的程度，而且其制备可以更加节省单晶硅源材料，不仅提高了性能，还可降低材料消耗，使其更具竞争力。
[0047] 本发明下述实施例中所使用的硼掺杂单晶硅薄膜材料来自于北京世纪金光半导体有限公司。
[0048] 本发明下述实施例中所使用的高氯酸、过氧化氢、氢氟酸来自国药集团化学
试剂有限公司。
[0049] 本发明下述实施例中所使用的磷源40P452来自于美国FILMTRONICS公司。
[0050] 本发明下述实施例中所使用的光刻机为OAI Mode1806 manual Front/Backside Contact Mask Aligner。
[0051] 本发明下述实施例中所使用的EB-PVD为AJA ATC ORION Series Evaporation System。
[0052] 本发明下述实施例中所使用的
等离子体刻蚀机(DRIE)为TRION Deep Reactive Ion Etching System。
[0053] 本发明下述实施例中所使用的
退火炉为MTI OTF Tube Furnace。
[0054] 实施例1
[0055] (1)将硼掺杂单晶硅薄膜材料(SOI)置于由80
质量份高氯酸和60质量份过氧化氢混合而成的混合溶液中浸泡10分钟，混合溶液的温度为80℃，取出用去离子水冲洗干净后烘干。
[0056] (2)将磷源40P452均匀的旋涂于SOI表面，先将其放置在100℃下加热20分钟，再将其放置在800℃的扩散炉中扩散5分钟，得到半成品1。
[0057] (3)通过光刻机在半成品1表面制作分离孔模板，然后利用DRIE腐蚀表面单晶硅直到露出二氧化硅中间层，得到半成品2。
[0058] (4)将半成品2浸泡在质量浓度为10％的氢氟酸溶液中24个小时，得到半成品3。
[0059] (5)通过EB-PVD系统在半成品3的底面制备厚度为50nm的纳米薄膜铝电极20，接着在氮气环境下进行退火，退火温度为400℃，退火时间为分钟15分钟，得到半成品4。
[0060] (6)通过光刻机在半成品4表面制备顶面电极的模板，再使用EB-PVD系统在半成品4表面沉积20nm的铬纳米薄膜，然后再在其表面沉积60nm的金纳米薄膜，接着在氮气环境下进行退火，退火温度为350℃，退火时间为分钟5分钟。
[0061] (7)将制作好的带有顶面金电极60和背面铝电极20的太阳能电池1转移到PET基底10上，即得到一种柔性单晶硅薄膜太阳能电池1。
[0062] 实施例2
[0063] (1)将硼掺杂单晶硅薄膜材料(SOI)置于由100质量份高氯酸和40质量份过氧化氢混合而成的混合溶液中浸泡30分钟，混合溶液的温度为50℃，取出用去离子水冲洗干净后烘干。
[0064] (2)将磷源40P452均匀的旋涂于SOI表面，先将其放置在150℃下加热10分钟，再将其放置在1000℃的扩散炉中扩散2分钟，得到半成品1。
[0065] (3)通过光刻机在半成品1表面制作分离孔模板，然后利用DRIE腐蚀表面单晶硅直到露出二氧化硅中间层，得到半成品2。
[0066] (4)将半成品2浸泡在质量浓度为20％的氢氟酸溶液中12个小时，得到半成品3。
[0067] (5)通过EB-PVD系统在半成品3的底面制备厚度为80nm的纳米薄膜铝电极20，接着在氮气环境下进行退火，退火温度为350℃，退火时间为分钟30分钟，得到半成品4。
[0068] (6)通过光刻机在半成品4表面制备顶面电极的模板，再使用EB-PVD系统在半成品4表面沉积10nm的铬纳米薄膜，然后再在其表面沉积90nm的金纳米薄膜，接着在氮气环境下进行退火，退火温度为300℃，退火时间为分钟10分钟。
[0069] (7)将制作好的带有顶面金电极60和背面铝电极20的太阳能电池1转移到柔性不锈钢上，即得到一种柔性单晶硅薄膜太阳能电池1。
[0070] 实施例3
[0071] (1)将硼掺杂单晶硅薄膜材料(SOI)置于由90质量份高氯酸和50质量份过氧化氢混合而成的混合溶液中浸泡20分钟，混合溶液的温度为70℃，取出用去离子水冲洗干净后烘干。
[0072] (2)将磷源40P452均匀的旋涂于SOI表面，先将其放置在120℃下加热15分钟，再将其放置在900℃的扩散炉中扩散3分钟，得到半成品1。
[0073] (3)通过光刻机在半成品1表面制作分离孔模板，然后利用DRIE腐蚀表面单晶硅直到露出二氧化硅中间层，得到半成品2。
[0074] (4)将半成品2浸泡在质量浓度为15％的氢氟酸溶液中18个小时，得到半成品3。
[0075] (5)通过EB-PVD系统在半成品3的底面制备厚度为70nm的纳米薄膜铝电极20，接着在氮气环境下进行退火，退火温度为380℃，退火时间为分钟20分钟，得到半成品4。
[0076] (6)通过光刻机在半成品4表面制备顶面电极的模板，再使用EB-PVD系统在半成品4表面沉积15nm的铬纳米薄膜，然后再在其表面沉积80nm的金纳米薄膜，接着在氮气环境下进行退火，退火温度为320℃，退火时间为分钟7分钟。
[0077] (7)将制作好的带有顶面金电极60和背面铝电极20的太阳能电池1转移到其它柔性PDMS材料上，即得到一种柔性单晶硅薄膜太阳能电池1。
[0078] 其中，实施例3制备的所述柔性单晶硅薄膜太阳能电池1的性能测试结果如图2所示。
暗电流测试说明所述薄膜太阳能电池1的
漏电流极小，PN结的质量良好。
[0079] 以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和
说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的
权利要求书及其等同物界定。
