技术领域
[0001] 本
发明涉及
太阳能电池技术领域，特别是涉及一种
异质结太阳能电池及其制备方法。
背景技术
[0002] 与传统的单晶
硅电池或
多晶硅电池相比，基于透明导电层与硅的肖特基太阳能电池的结构简单、制备过程简单易行、制备过程不需要高温工艺，从而引起了高校以及企业的研究人员的兴趣。近年来，Spiro-OMeTAD、P3HT、PEDOT:PSS等导电
聚合物由于其具体有高
导电性以及高透光性而广泛应用于硅基有机无机杂化太阳能电池中。然而在硅线表面制备导电聚合物层的过程中，由于硅线具有很高的
比表面积，导电聚合物层的
质量成为影响其光电转换效率的关键因素，如何制备高质量的导电聚合物层，是研究人员的研究热点。
发明内容
[0003] 本发明的目的是克服上述
现有技术的不足，提供一种异质结太阳能电池及其制备方法。
[0004] 为实现上述目的，本发明提出的一种异质结太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
[0005] 1)提供一N型
硅片，在所述N型硅片的上表面制备硅线阵列，所述硅线阵列中的硅线的长度为2-4微米，所述硅线的直径为400-800纳米，相邻硅
纳米线的间距为800-1600纳米；
[0006] 2)接着对所述N型硅片进行
钝化处理；
[0007] 3)第一P3HT层的制备：在压强为1.1×105Pa的密闭空腔内，将步骤2得到的所述N型硅片上滴涂第一P3HT溶液，并静置2-3分钟，在静置的过程中将密闭空腔内的压强从1.1×105Pa逐渐升至1.4×105Pa，接着在压强为1.4×105Pa条件下
旋涂1-2分钟，然后进行第一次
退火处理，形成第一P3HT层；
[0008] 4)第二P3HT层的制备：在压强为1.4×105Pa的密闭空腔内，将步骤3得到的所述N型硅片上滴涂第二P3HT溶液，并静置2-3分钟，在静置的过程中将密闭空腔内的压强从1.4×105Pa逐渐升至1.6×105Pa，接着在压强为1.6×105Pa条件下旋涂1-2分钟，然后进行第二次退火处理，形成第二P3HT层；
[0009] 5)第三P3HT层的制备：在压强为1.6×105Pa的密闭空腔内，将步骤4得到的所述N型硅片上滴涂第三P3HT溶液，并静置2-3分钟，在静置的过程中将密闭空腔内的压强从1.6×105Pa逐渐升至1.8×105Pa，接着在压强为1.8×105Pa条件下旋涂1-2分钟，然后进行第三次退火处理，形成第三P3HT层；
[0010] 6)PEDOT:PSS层的制备：在压强为1.2×105Pa的密闭空腔内，将步骤5得到的所述N型硅片上滴涂PEDOT:PSS溶液，并静置2-3分钟，在静置的过程中将密闭空腔内的压强从1.2×105Pa逐渐升至1.6×105Pa，接着在压强为1.6×105Pa条件下旋涂1-2分钟，然后进行第四次退火处理，形成PEDOT:PSS层；
[0011] 7)在步骤6得到的所述N型硅片上制备
正面电极；
[0012] 8)在步骤7得到的所述N型硅片的背面制备
碳酸铯/聚乙烯亚胺复合层；
[0013] 9)在步骤8得到的所述N型硅片的背面制备背面电极。
[0014] 作为优选，在所述步骤1中，在所述N型硅片的上表面通过湿法
刻蚀或者
干法刻蚀制备所述硅线阵列。
[0015] 作为优选，在所述步骤2)中，对所述N型硅片进行钝化处理的具体步骤为：将所述N型硅片在HF中浸泡5-10分钟，然后将氢化的所述N型硅片进行氯化处理，使得硅-氢键变为硅-氯键，然后对所述N型硅片进行甲基化处理，使得硅-氯键变为硅碳键，以钝化所述N型硅片。
[0016] 作为优选，在所述步骤3)中，第一P3HT溶液中P3HT的浓度为1-1.5mg/ml，旋涂所述第一P3HT溶液的转速为2000-2500转/分钟，所述第一次退火处理的具体步骤为：在压强为1.4×105Pa条件下，在130-140℃的条件下
热处理5-10分钟。
[0017] 作为优选，在所述步骤4)中，第二P3HT溶液中P3HT的浓度为0.5-1mg/ml，旋涂所述第二P3HT溶液的转速为3000-3500转/分钟，所述第二次退火处理的具体步骤为：在压强为5
1.6×10Pa条件下，在140-150℃的条件下热处理10-15分钟。
[0018] 作为优选，在所述步骤5)中，第三P3HT溶液中P3HT的浓度为0.1-0.5mg/ml，旋涂所述第三P3HT溶液的转速为4000-4500转/分钟，所述第三次退火处理的具体步骤为：在压强为1.8×105Pa条件下，在145-155℃的条件下热处理15-20分钟。
[0019] 作为优选，在所述步骤6)中，旋涂所述PEDOT:PSS溶液的转速为2000-3000转/分钟，所述第四次退火处理的具体步骤为：在压强为1.6×105Pa条件下，在140-150℃的条件下热处理20-30分钟。
[0020] 作为优选，在所述步骤7)中，形成正面电极的方法为热蒸
镀、
磁控溅射和
电子束蒸镀中的一种，所述正面电极的材料为
铜或
银，所述正面电极的厚度为100-200纳米，所述正面电极为栅电极。
[0021] 作为优选，在所述步骤8)中，首先制备碳酸铯/聚乙烯亚胺混合溶液：将0.5-1.5mg/ml的聚乙烯亚胺溶液与0.3-0.6mg/ml的碳酸铯溶液以1:1的体积比混合；接着旋涂所述碳酸铯/聚乙烯亚胺混合溶液，旋涂的转速为5000-6000转/分钟，旋涂的时间为1-2分钟，接着在红外灯下照射15-30分钟，以形成所述碳酸铯/聚乙烯亚胺复合层；在所述步骤9)中，形成背面电极的方法为热蒸镀、磁控溅射和电子束蒸镀中的一种，所述背面电极的材料为
铝，所述背面电极的厚度为200-300纳米。
[0022] 本发明还提出一种异质结太阳能电池，其采用上述方法制备形成的。
[0023] 本发明与现有技术相比具有下列优点：
[0024] 在硅线阵列上制备第一P3HT层、第二P3HT层、第三P3HT层以及PEDOT:PSS层的过程中，通过在静置的过程中增加密闭空腔的压强，使得P3HT溶液以及PEDOT:PSS溶液更容易进入到硅线阵列中相邻硅线之间的间隙中，同时在旋涂以及退火的过程中保持密闭空腔具有一定的压强，使得P3HT以及PEDOT:PSS更易贴附在硅线上，进而可以形成致密的第一P3HT层、第二P3HT层、第三P3HT层以及PEDOT:PSS层，并根据P3HT的特性调整具体的压强，并进一步优化各P3HT溶液的浓度以及退火工艺，有效提高了异质结太阳能电池的填充因子和
短路电流，进而提高其光电转换效率。
附图说明
[0025] 图1为本发明的异质结太阳能电池的结构示意图。
具体实施方式
[0026] 本发明具体提出的一种异质结太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
[0027] 1)提供一N型硅片，在所述N型硅片的上表面制备硅线阵列，所述硅线阵列中的硅线的长度为2-4微米，所述硅线的直径为400-800纳米，相邻硅纳米线的间距为800-1600纳米，在所述N型硅片的上表面通过湿法刻蚀或者干法刻蚀制备所述硅线阵列。
[0028] 2)接着对所述N型硅片进行钝化处理，对所述N型硅片进行钝化处理的具体步骤为：将所述N型硅片在HF中浸泡5-10分钟，然后将氢化的所述N型硅片进行氯化处理，使得硅-氢键变为硅-氯键，然后对所述N型硅片进行甲基化处理，使得硅-氯键变为硅碳键，以钝化所述N型硅片。
[0029] 3)第一P3HT层的制备：在压强为1.1×105Pa的密闭空腔内，将步骤2得到的所述N型硅片上滴涂第一P3HT溶液，并静置2-3分钟，在静置的过程中将密闭空腔内的压强从1.1×105Pa逐渐升至1.4×105Pa，接着在压强为1.4×105Pa条件下旋涂1-2分钟，然后进行第一次退火处理，形成第一P3HT层。
[0030] 其中，在所述步骤3)中，第一P3HT溶液中P3HT的浓度为1-1.5mg/ml，旋涂所述第一P3HT溶液的转速为2000-2500转/分钟，所述第一次退火处理的具体步骤为：在压强为1.4×105Pa条件下，在130-140℃的条件下热处理5-10分钟。
[0031] 4)第二P3HT层的制备：在压强为1.4×105Pa的密闭空腔内，将步骤3得到的所述N型硅片上滴涂第二P3HT溶液，并静置2-3分钟，在静置的过程中将密闭空腔内的压强从1.4×105Pa逐渐升至1.6×105Pa，接着在压强为1.6×105Pa条件下旋涂1-2分钟，然后进行第二次退火处理，形成第二P3HT层。
[0032] 其中，在所述步骤4)中，第二P3HT溶液中P3HT的浓度为0.5-1mg/ml，旋涂所述第二P3HT溶液的转速为3000-3500转/分钟，所述第二次退火处理的具体步骤为：在压强为1.6×105Pa条件下，在140-150℃的条件下热处理10-15分钟。
[0033] 5)第三P3HT层的制备：在压强为1.6×105Pa的密闭空腔内，将步骤4得到的所述N型硅片上滴涂第三P3HT溶液，并静置2-3分钟，在静置的过程中将密闭空腔内的压强从1.6×105Pa逐渐升至1.8×105Pa，接着在压强为1.8×105Pa条件下旋涂1-2分钟，然后进行第三次退火处理，形成第三P3HT层。
[0034] 其中，在所述步骤5)中，第三P3HT溶液中P3HT的浓度为0.1-0.5mg/ml，旋涂所述第三P3HT溶液的转速为4000-4500转/分钟，所述第三次退火处理的具体步骤为：在压强为1.8×105Pa条件下，在145-155℃的条件下热处理15-20分钟。
[0035] 6)PEDOT:PSS层的制备：在压强为1.2×105Pa的密闭空腔内，将步骤5得到的所述N型硅片上滴涂PEDOT:PSS溶液，并静置2-3分钟，在静置的过程中将密闭空腔内的压强从1.2×105Pa逐渐升至1.6×105Pa，接着在压强为1.6×105Pa条件下旋涂1-2分钟，然后进行第四次退火处理，形成PEDOT:PSS层。
[0036] 其中，在所述步骤6)中，旋涂所述PEDOT:PSS溶液的转速为2000-3000转/分钟，所述第四次退火处理的具体步骤为：在压强为1.6×105Pa条件下，在140-150℃的条件下热处理20-30分钟。
[0037] 7)在步骤6得到的所述N型硅片上制备正面电极，形成正面电极的方法为热蒸镀、磁控溅射和电子束蒸镀中的一种，所述正面电极的材料为铜或银，所述正面电极的厚度为100-200纳米，所述正面电极为栅电极。
[0038] 8)在步骤7得到的所述N型硅片的背面制备碳酸铯/聚乙烯亚胺复合层，在所述步骤8)中，首先制备碳酸铯/聚乙烯亚胺混合溶液：将0.5-1.5mg/ml的聚乙烯亚胺溶液与0.3-0.6mg/ml的碳酸铯溶液以1:1的体积比混合；接着旋涂所述碳酸铯/聚乙烯亚胺混合溶液，旋涂的转速为5000-6000转/分钟，旋涂的时间为1-2分钟，接着在红外灯下照射15-30分钟，以形成所述碳酸铯/聚乙烯亚胺复合层。
[0039] 9)在步骤8得到的所述N型硅片的背面制备背面电极，形成背面电极的方法为热蒸镀、磁控溅射和电子束蒸镀中的一种，所述背面电极的材料为铝，所述背面电极的厚度为200-300纳米。
[0040] 本发明还提出一种异质结太阳能电池，其采用上述方法制备形成的，如图1所示，所述异质结太阳能电池从下至上背面电极1、碳酸铯/聚乙烯亚胺复合层2、N型硅片3、硅线阵列4、P3HT层5(其包括第一、第二、第三P3HT层)、PEDOT:PSS层6以及正面电极7。
[0042] 一种异质结太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
[0043] 1)提供一N型硅片，在所述N型硅片的上表面制备硅线阵列，所述硅线阵列中的硅线的长度为3微米，所述硅线的直径为600纳米，相邻硅纳米线的间距为1200纳米，在所述N型硅片的上表面通过湿法刻蚀制备所述硅线阵列。
[0044] 2)接着对所述N型硅片进行钝化处理，对所述N型硅片进行钝化处理的具体步骤为：将所述N型硅片在HF中浸泡7分钟，然后将氢化的所述N型硅片进行氯化处理，使得硅-氢键变为硅-氯键，然后对所述N型硅片进行甲基化处理，使得硅-氯键变为硅碳键，以钝化所述N型硅片。
[0045] 3)第一P3HT层的制备：在压强为1.1×105Pa的密闭空腔内，将步骤2得到的所述N型硅片上滴涂第一P3HT溶液，并静置2.5分钟，在静置的过程中将密闭空腔内的压强从1.1×105Pa逐渐升至1.4×105Pa，接着在压强为1.4×105Pa条件下旋涂1.5分钟，然后进行第一次退火处理，形成第一P3HT层。
[0046] 其中，在所述步骤3)中，第一P3HT溶液中P3HT的浓度为1.2mg/ml，旋涂所述第一P3HT溶液的转速为2200转/分钟，所述第一次退火处理的具体步骤为：在压强为1.4×105Pa条件下，在135℃的条件下热处理8分钟。
[0047] 4)第二P3HT层的制备：在压强为1.4×105Pa的密闭空腔内，将步骤3得到的所述N型硅片上滴涂第二P3HT溶液，并静置2.5分钟，在静置的过程中将密闭空腔内的压强从1.4×105Pa逐渐升至1.6×105Pa，接着在压强为1.6×105Pa条件下旋涂1.5分钟，然后进行第二次退火处理，形成第二P3HT层。
[0048] 其中，在所述步骤4)中，第二P3HT溶液中P3HT的浓度为0.8mg/ml，旋涂所述第二P3HT溶液的转速为3200转/分钟，所述第二次退火处理的具体步骤为：在压强为1.6×105Pa条件下，在145℃的条件下热处理12分钟。
[0049] 5)第三P3HT层的制备：在压强为1.6×105Pa的密闭空腔内，将步骤4得到的所述N型硅片上滴涂第三P3HT溶液，并静置2.5分钟，在静置的过程中将密闭空腔内的压强从1.6×105Pa逐渐升至1.8×105Pa，接着在压强为1.8×105Pa条件下旋涂1.5分钟，然后进行第三次退火处理，形成第三P3HT层。
[0050] 其中，在所述步骤5)中，第三P3HT溶液中P3HT的浓度为0.3mg/ml，旋涂所述第三P3HT溶液的转速为4200转/分钟，所述第三次退火处理的具体步骤为：在压强为1.8×105Pa条件下，在150℃的条件下热处理18分钟。
[0051] 6)PEDOT:PSS层的制备：在压强为1.2×105Pa的密闭空腔内，将步骤5得到的所述N型硅片上滴涂PEDOT:PSS溶液，并静置3分钟，在静置的过程中将密闭空腔内的压强从1.2×105Pa逐渐升至1.6×105Pa，接着在压强为1.6×105Pa条件下旋涂1.5分钟，然后进行第四次退火处理，形成PEDOT:PSS层。
[0052] 其中，在所述步骤6)中，旋涂所述PEDOT:PSS溶液的转速为2800转/分钟，所述第四次退火处理的具体步骤为：在压强为1.6×105Pa条件下，在145℃的条件下热处理25分钟。
[0053] 7)在步骤6得到的所述N型硅片上制备正面电极，形成正面电极的方法为热蒸镀，所述正面电极的材料为银，所述正面电极的厚度为180纳米，所述正面电极为栅电极。
[0054] 8)在步骤7得到的所述N型硅片的背面制备碳酸铯/聚乙烯亚胺复合层，在所述步骤8)中，首先制备碳酸铯/聚乙烯亚胺混合溶液：将1mg/ml的聚乙烯亚胺溶液与0.4mg/ml的碳酸铯溶液以1:1的体积比混合；接着旋涂所述碳酸铯/聚乙烯亚胺混合溶液，旋涂的转速为5500转/分钟，旋涂的时间为2分钟，接着在红外灯下照射25分钟，以形成所述碳酸铯/聚乙烯亚胺复合层。
[0055] 9)在步骤8得到的所述N型硅片的背面制备背面电极，形成背面电极的方法为热蒸镀，所述背面电极的材料为铝，所述背面电极的厚度为250纳米。
[0056] 上述方法制备的异质结太阳能电池的开路
电压为0.6V，短路电流为34.9mA/cm2，填充因子为0.76，光电转换效率为15.9％。
[0057] 实施例2
[0058] 一种异质结太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
[0059] 1)提供一N型硅片，在所述N型硅片的上表面制备硅线阵列，所述硅线阵列中的硅线的长度为4微米，所述硅线的直径为800纳米，相邻硅纳米线的间距为1600纳米，在所述N型硅片的上表面通过湿法刻蚀或者干法刻蚀制备所述硅线阵列。
[0060] 2)接着对所述N型硅片进行钝化处理，对所述N型硅片进行钝化处理的具体步骤为：将所述N型硅片在HF中浸泡5分钟，然后将氢化的所述N型硅片进行氯化处理，使得硅-氢键变为硅-氯键，然后对所述N型硅片进行甲基化处理，使得硅-氯键变为硅碳键，以钝化所述N型硅片。
[0061] 3)第一P3HT层的制备：在压强为1.1×105Pa的密闭空腔内，将步骤2得到的所述N型硅片上滴涂第一P3HT溶液，并静置3分钟，在静置的过程中将密闭空腔内的压强从1.1×5 5 5
10Pa逐渐升至1.4×10Pa，接着在压强为1.4×10 Pa条件下旋涂2分钟，然后进行第一次退火处理，形成第一P3HT层。
[0062] 其中，在所述步骤3)中，第一P3HT溶液中P3HT的浓度为1mg/ml，旋涂所述第一P3HT溶液的转速为2500转/分钟，所述第一次退火处理的具体步骤为：在压强为1.4×105Pa条件下，在130℃的条件下热处理5分钟。
[0063] 4)第二P3HT层的制备：在压强为1.4×105Pa的密闭空腔内，将步骤3得到的所述N型硅片上滴涂第二P3HT溶液，并静置3分钟，在静置的过程中将密闭空腔内的压强从1.4×105Pa逐渐升至1.6×105Pa，接着在压强为1.6×105Pa条件下旋涂2分钟，然后进行第二次退火处理，形成第二P3HT层。
[0064] 其中，在所述步骤4)中，第二P3HT溶液中P3HT的浓度为0.5mg/ml，旋涂所述第二5
P3HT溶液的转速为3500转/分钟，所述第二次退火处理的具体步骤为：在压强为1.6×10 Pa条件下，在140℃的条件下热处理10分钟。
[0065] 5)第三P3HT层的制备：在压强为1.6×105Pa的密闭空腔内，将步骤4得到的所述N型硅片上滴涂第三P3HT溶液，并静置3分钟，在静置的过程中将密闭空腔内的压强从1.6×5 5 5
10Pa逐渐升至1.8×10Pa，接着在压强为1.8×10 Pa条件下旋涂2分钟，然后进行第三次退火处理，形成第三P3HT层。
[0066] 其中，在所述步骤5)中，第三P3HT溶液中P3HT的浓度为0.1mg/ml，旋涂所述第三P3HT溶液的转速为4500转/分钟，所述第三次退火处理的具体步骤为：在压强为1.8×105Pa条件下，在145℃的条件下热处理15分钟。
[0067] 6)PEDOT:PSS层的制备：在压强为1.2×105Pa的密闭空腔内，将步骤5得到的所述N型硅片上滴涂PEDOT:PSS溶液，并静置3分钟，在静置的过程中将密闭空腔内的压强从1.2×105Pa逐渐升至1.6×105Pa，接着在压强为1.6×105Pa条件下旋涂2分钟，然后进行第四次退火处理，形成PEDOT:PSS层。
[0068] 其中，在所述步骤6)中，旋涂所述PEDOT:PSS溶液的转速为3000转/分钟，所述第四次退火处理的具体步骤为：在压强为1.6×105Pa条件下，在150℃的条件下热处理20分钟。
[0069] 7)在步骤6得到的所述N型硅片上制备正面电极，形成正面电极的方法为热蒸镀，所述正面电极的材料为铜，所述正面电极的厚度为100纳米，所述正面电极为栅电极。
[0070] 8)在步骤7得到的所述N型硅片的背面制备碳酸铯/聚乙烯亚胺复合层，在所述步骤8)中，首先制备碳酸铯/聚乙烯亚胺混合溶液：将0.5mg/ml的聚乙烯亚胺溶液与0.3mg/ml的碳酸铯溶液以1:1的体积比混合；接着旋涂所述碳酸铯/聚乙烯亚胺混合溶液，旋涂的转速为5000转/分钟，旋涂的时间为1分钟，接着在红外灯下照射15分钟，以形成所述碳酸铯/聚乙烯亚胺复合层。
[0071] 9)在步骤8得到的所述N型硅片的背面制备背面电极，形成背面电极的方法为热蒸镀，所述背面电极的材料为铝，所述背面电极的厚度为200-300纳米。
[0072] 上述方法制备的异质结太阳能电池的开路电压为0.59V，短路电流为34.1mA/cm2，填充因子为0.74，光电转换效率为14.9％。
[0073] 对比例：
[0074] 为了突出本发明异质结太阳能电池具有优异的光电转换效率，作为对比，一种异质结太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：1)提供一N型硅片，在所述N型硅片的上表面制备硅线阵列，所述硅线阵列中的硅线的长度为3微米，所述硅线的直径为600纳米，相邻硅纳米线的间距为1200纳米，在所述N型硅片的上表面通过湿法刻蚀制备所述硅线阵列。2)接着对所述N型硅片进行钝化处理，对所述N型硅片进行钝化处理的具体步骤为：将所述N型硅片在HF中浸泡7分钟，然后将氢化的所述N型硅片进行氯化处理，使得硅-氢键变为硅-氯键，然后对所述N型硅片进行甲基化处理，使得硅-氯键变为硅碳键，以钝化所述N型硅片。3)P3HT层的制备：旋涂浓度为2mg/ml的P3HT溶液，旋涂为1.5分钟，旋涂转速为2200转/分钟，在150℃的条件下热处理30分钟，以形成P3HT层。4)PEDOT:PSS层的制备：旋涂PEDOT:PSS溶液，旋涂时间为1.5分钟，旋涂转速为2800转/分钟，在145℃的条件下热处理25分钟，以形成PEDOT:PSS层。5)在步骤4得到的所述N型硅片上制备正面电极，形成正面电极的方法为热蒸镀，所述正面电极的材料为银，所述正面电极的厚度为180纳米，所述正面电极为栅电极。6)在步骤5得到的所述N型硅片的背面制备背面电极，形成背面电极的方法为热蒸镀，所述背面电极的材料为铝，所述背面电极的厚度为250纳米。
[0075] 上述方法制备的异质结太阳能电池的开路电压为0.58V，短路电流为31.1mA/cm2，填充因子为0.73，光电转换效率为13.2％。
[0076] 以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
