硅太陽(yáng)能電池及其制備方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種硅太陽(yáng)能電池及其制備方法，其中硅太陽(yáng)能電池的制備方法包括如下步驟：S1.提供冶金級(jí)硅晶圓襯底，并對(duì)其進(jìn)行清洗；S2.刻蝕，并純化處理；S3.對(duì)硅納米陣列的表面進(jìn)行形貌修飾；S4.對(duì)硅納米陣列的表面進(jìn)行形貌修飾；S5.涂覆共軛有機(jī)物。本發(fā)明的硅太陽(yáng)能電池的制備方法將冶金級(jí)硅材料應(yīng)用到太陽(yáng)能電池制備中，其充分利用了濕法金屬輔助化學(xué)刻蝕技術(shù)對(duì)冶金級(jí)硅材料進(jìn)行表面形貌、以及表面純化處理形成硅納米結(jié)構(gòu)。同時(shí)對(duì)有機(jī)材料對(duì)硅納米結(jié)構(gòu)進(jìn)行鈍化處理，提高了冶金級(jí)硅電池的電學(xué)，光學(xué)性能，改善了電荷分離及傳輸?shù)刃阅堋Ｍㄟ^(guò)對(duì)有機(jī)-無(wú)機(jī)物雜化異質(zhì)結(jié)的修飾改性提高電池的穩(wěn)定性，增強(qiáng)了太陽(yáng)能電池的電荷傳輸能力。
【專(zhuān)利說(shuō)明】硅太陽(yáng)能電池及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及太陽(yáng)能電池【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種硅太陽(yáng)能電池及其制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著全球經(jīng)濟(jì)的不斷快速發(fā)展，石油、煤炭、天然氣以及其他不可再生的資源日益減少?；诳沙掷m(xù)發(fā)展的理念，如何利用可再生資源則變得越來(lái)越重要?？稍偕Y源種類(lèi)豐富，例如核能、太陽(yáng)能、生物能、水電能、風(fēng)能、地?zé)崮芎统毕艿?。在眾多新能源中，太?yáng)能以其蘊(yùn)藏量豐富，無(wú)地域限制，清潔無(wú)污染，增長(zhǎng)最快速，環(huán)境最友好，且取之不盡等獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)成為研發(fā)和利用新能源的焦點(diǎn)。隨著科技的發(fā)展，一系列的太陽(yáng)能設(shè)備紛紛投入市場(chǎng)，而太陽(yáng)能電池卻以其能夠最大限度獲得并利用太陽(yáng)能而成為最重要的光電產(chǎn)品。在過(guò)去的幾十年里，光電產(chǎn)業(yè)不斷的快速增長(zhǎng)，如今，使用低成本材料以及簡(jiǎn)單制造工藝的光電結(jié)構(gòu)已經(jīng)引起了越來(lái)越多的關(guān)注及興趣。
[0003]由于硅材料的原料成本低廉，儲(chǔ)備豐富、化學(xué)穩(wěn)定、工藝成熟等優(yōu)點(diǎn)，在大規(guī)模應(yīng)用和工業(yè)生產(chǎn)中，以單晶硅和非晶硅為主的第一代硅基太陽(yáng)能電池仍占據(jù)主導(dǎo)地位。單晶硅太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)換效率是最高的，但由于受單晶硅材料價(jià)格及電池工藝影響，一方面單晶硅電池對(duì)硅片的純度要求高(99.9999% -99.9999999% )，而硅材料的價(jià)格與其純度成指數(shù)上升，致使單晶硅成本價(jià)格居高不下；另一方面，電池制作工藝繁瑣，使其大規(guī)模的商業(yè)應(yīng)用受到了限制，大幅度降低其成本是非常困難的。而非晶硅具有光疲勞效應(yīng)，故其太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率隨光照而衰減。
[0004]目前，對(duì)平面硅/有機(jī)導(dǎo)電高分子薄膜(聚3，4_乙撐二氧噻吩:聚苯乙烯磺酸鹽，PEDOT:PSS)雜化電池表面做了不同鈍化處理，并系統(tǒng)探索了太陽(yáng)能電池的性能的變化。通過(guò)對(duì)S1x-Si和PED0T:PSS之間的異質(zhì)結(jié)的校正以及能帶的合適調(diào)整，有效的改善了電荷的傳輸性能，從而提升了太陽(yáng)能電池的效率。然而，當(dāng)自然生成的S1x的厚度過(guò)厚的時(shí)候，這層氧化層就會(huì)形成電荷勢(shì)壘，阻礙電荷的傳輸并同時(shí)降低太陽(yáng)能電池的短路電流、開(kāi)路電壓以及填充因子，從而降低了電池的效率。因此造成了這類(lèi)太陽(yáng)電池的光電轉(zhuǎn)換效率較低，最高效率在也只有10%左右。
[0005]因此，針對(duì)上述問(wèn)題有必要提出進(jìn)一步的解決方案。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]有鑒于此，本發(fā)提供一種硅太陽(yáng)能電池及其制備方法。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上上述目的，本發(fā)明的一種硅太陽(yáng)能電池的制備方法，其包括如下步驟:
[0008]S1.提供冶金級(jí)娃晶圓襯底，并對(duì)娃晶圓襯底進(jìn)行清洗；
[0009]S2.對(duì)清洗完畢的冶金級(jí)硅晶圓襯底在刻蝕液中進(jìn)行刻蝕，經(jīng)純化處理后，得到排布規(guī)則的硅納米陣列；
[0010]S3.對(duì)硅納米陣列的表面進(jìn)行形貌修飾，得到表面經(jīng)過(guò)修飾處理的冶金級(jí)硅納米結(jié)構(gòu)；
[0011]S4.在得到的冶金級(jí)硅納米結(jié)構(gòu)表面均勻涂覆共軛有機(jī)物，涂覆后，進(jìn)行退火處理；
[0012]S5.在涂覆有共軛有機(jī)物的表面、及冶金級(jí)硅晶圓襯底上制作金屬電極。
[0013]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟S2具體包括:將清洗完畢的冶金級(jí)硅晶圓襯底放入4.8M的HF和0.02M的AgNO3形成的混合溶液中進(jìn)行刻蝕，刻蝕時(shí)在常溫下刻蝕20min，刻蝕后，將冶金級(jí)硅晶圓襯底在質(zhì)量百分濃度為30%的HNO3溶液中浸泡至少lh，再利用去離子水對(duì)浸泡后的冶金級(jí)硅晶圓襯底進(jìn)行沖洗，得到排布規(guī)則的硅納米陣列。
[0014]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟S3中使用四甲基氫氧化銨對(duì)硅納米陣列的表面進(jìn)行形貌修飾。
[0015]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，使用四甲基氫氧化銨對(duì)硅納米陣列的表面進(jìn)行形貌修飾包括:將四甲基氫氧化銨溶于溶劑中配成體積比為I %的修飾溶液，利用修飾溶液浸泡娃納米陣列的表面15s?lmin。
[0016]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述溶劑為:烷基醇類(lèi)溶劑或去離子水。
[0017]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟S4具體包括:在惰性氣體保護(hù)下，在得到的冶金級(jí)硅納米結(jié)構(gòu)表面通過(guò)均膠旋涂法均勻涂覆共軛有機(jī)物，涂覆后，進(jìn)行退火處理。
[0018]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述共軛有機(jī)物為聚(3，4 二氧乙烯噻吩)_聚(苯乙烯磺酸)。
[0019]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟S5中，利用蒸鍍法在涂覆有共軛有機(jī)物的表面、及冶金級(jí)硅晶圓襯底上制作金屬電極。
[0020]為實(shí)現(xiàn)上上述目的，本發(fā)明的一種根據(jù)如上所述的制備方法獲得的硅太陽(yáng)能電池，其依次包括:金屬背電極、冶金級(jí)納米結(jié)構(gòu)硅基襯底、有機(jī)共軛薄膜、金屬柵電極，所述有機(jī)共軛薄膜位于冶金級(jí)納米結(jié)構(gòu)硅基襯底上，并與冶金級(jí)納米結(jié)構(gòu)硅基襯底形成有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化異質(zhì)結(jié)。
[0021 ] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0022](I)本發(fā)明的硅太陽(yáng)能電池的制備方法將冶金級(jí)硅材料應(yīng)用到太陽(yáng)能電池制備中，其充分利用了濕法金屬輔助化學(xué)刻蝕技術(shù)對(duì)冶金級(jí)硅材料進(jìn)行表面形貌以及表面純化處理形成硅納米結(jié)構(gòu)。同時(shí)利用四甲基氫氧化銨等有機(jī)材料對(duì)硅納米結(jié)構(gòu)進(jìn)行鈍化處理，提高了冶金級(jí)硅電池的電學(xué)，光學(xué)性能，改善了電荷分離及傳輸?shù)刃阅堋Ｍㄟ^(guò)對(duì)有機(jī)-無(wú)機(jī)物雜化異質(zhì)結(jié)的修飾改性提高電池的穩(wěn)定性，增強(qiáng)了太陽(yáng)能電池的電荷傳輸能力，對(duì)表面態(tài)密度缺陷進(jìn)行有效的改善，操作簡(jiǎn)單易于工業(yè)化生產(chǎn)。
[0023](2)本發(fā)明硅太陽(yáng)能電池的制備方法對(duì)硅基襯底表面進(jìn)行改性，通過(guò)四甲基氫氧化銨等有機(jī)材料降低硅基表面的缺陷態(tài)密度，提高了接觸面的穩(wěn)定性，延長(zhǎng)了電池壽命。
[0024](3)本發(fā)明硅太陽(yáng)能電池的制備方法采用溶液涂膜的方式，簡(jiǎn)化了制備工藝，降低了成本，還彌補(bǔ)了有機(jī)半導(dǎo)體載流子遷移率低的問(wèn)題。
[0025](4)本發(fā)明硅太陽(yáng)能電池的制備方法通過(guò)控制勻膠旋涂的轉(zhuǎn)速，來(lái)調(diào)整共軛有機(jī)物薄膜的厚度，改善了異質(zhì)結(jié)對(duì)入射光的吸收反射，硅太陽(yáng)能電池在一定光強(qiáng)下吸收的光子數(shù)量增大，使得硅太陽(yáng)能電池的外量子效率光譜響應(yīng)相應(yīng)提升，從而提高了硅太陽(yáng)能電池的性能。
[0026](5)本發(fā)明硅太陽(yáng)能電池的制備方法采用濕法金屬輔助化學(xué)刻蝕技術(shù)對(duì)冶金級(jí)硅材料進(jìn)行表面形貌以及表面純化處理，一方面提高了光的吸收，增加了電池對(duì)光線的利用率；另一方面提聞了冶金級(jí)娃材料表面的純度，提聞了電荷傳輸電流的能力，增大電池的電流密度，降低了載流子的復(fù)合幾率，有效地提高了太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率。
[0027](6)本發(fā)明硅太陽(yáng)能電池的制備方法通過(guò)控制共軛有機(jī)聚合物薄膜的厚度，形成有機(jī)無(wú)機(jī)雜化異質(zhì)結(jié)，縮短了載流子傳輸距離，大大降低了載流子的復(fù)合幾率。
[0028](7)本發(fā)明硅太陽(yáng)能電池的制備方法操作簡(jiǎn)單，無(wú)后處理步驟，環(huán)境友好，符合國(guó)家現(xiàn)行能源技術(shù)方向。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0029]圖1為本發(fā)明的硅太陽(yáng)能電池的制備方法的一【具體實(shí)施方式】的流程示意圖；
[0030]圖2為本發(fā)明的硅太陽(yáng)能電池的一【具體實(shí)施方式】的平面示意圖；
[0031]圖3為實(shí)施例1中提供的冶金級(jí)硅片晶圓的掃描電子顯微鏡圖，其中，掃描角度為45°，比例尺為500nm;
[0032]圖4為實(shí)施例1中提供的冶金級(jí)硅片晶圓的掃描電子顯微鏡圖，其中，掃描角度為90°，比例尺為500nm;
[0033]圖5 為測(cè)試實(shí)驗(yàn)中 Planar S1、Nano-Si ff/0 TMAH、Nano-Si W TMAH 三者的電流密度-電壓曲線;
[0034]圖6 為測(cè)試實(shí)驗(yàn)中 Planar Si,Nano-Si ff/0 TMAH、Nano_Si W TMAH 三者的光電轉(zhuǎn)化效率曲線；
[0035]圖7為本實(shí)施例2中提供的不同厚度的冶金級(jí)硅片的透射率曲線；
[0036]圖8為實(shí)施例2中不同厚度的冶金級(jí)硅片制備的硅太陽(yáng)能電池的電流密度-電壓曲線；
[0037]圖9為實(shí)施例2中不同厚度的冶金級(jí)硅片制備的硅太陽(yáng)能電池在不同波長(zhǎng)下的光電轉(zhuǎn)化效率曲線。

【具體實(shí)施方式】
[0038]下面將對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)的描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0039]如圖1所示，本發(fā)明提供一種硅太陽(yáng)能電池的制備方法，其包括如下步驟:
[0040]S1.提供冶金級(jí)娃晶圓襯底，并對(duì)娃晶圓襯底進(jìn)行清洗；
[0041]S2.對(duì)清洗完畢的冶金級(jí)硅晶圓襯底在刻蝕液中進(jìn)行刻蝕，經(jīng)純化處理后，得到排布規(guī)則的硅納米陣列；
[0042]S3.對(duì)硅納米陣列的表面進(jìn)行形貌修飾，得到表面經(jīng)過(guò)修飾處理的冶金級(jí)硅納米結(jié)構(gòu)；
[0043]S4.在得到的冶金級(jí)硅納米結(jié)構(gòu)表面均勻涂覆共軛有機(jī)物，涂覆后，進(jìn)行退火處理；
[0044]S5.在涂覆有共軛有機(jī)物的表面、及冶金級(jí)硅晶圓襯底上制作金屬電極。
[0045]其中，上述步驟S2具體包括:將清洗完畢的冶金級(jí)硅晶圓襯底放入4.8M的HF和0.02M的AgNO3形成的混合溶液中進(jìn)行刻蝕，此時(shí)在常溫下刻蝕20min，刻蝕后，將冶金級(jí)硅晶圓襯底在質(zhì)量百分濃度為30%的HNO3溶液中浸泡至少lh，再利用去離子水對(duì)浸泡后的冶金級(jí)硅晶圓襯底進(jìn)行沖洗，得到排布規(guī)則的硅納米陣列。對(duì)冶金級(jí)硅晶圓襯底進(jìn)行刻蝕的目的在于，使冶金級(jí)硅晶圓襯底表面形成納米結(jié)構(gòu)。
[0046]上述“4.SM”、及“0.02M”中的“M”為克分子濃度的符號(hào)表示，克分子濃度為濃度單位，其含義為一升溶液中所含溶質(zhì)的克分子數(shù)。上述刻蝕后，在HNO3溶液中浸泡的目的在于去除Ag，利用去離子水對(duì)浸泡后的冶金級(jí)硅晶圓襯底進(jìn)行沖洗的目的在于除去殘留的HNO3。
[0047]上述步驟S3中優(yōu)選使用四甲基氫氧化銨對(duì)硅納米陣列的表面進(jìn)行形貌修飾。此時(shí)，首先，將四甲基氫氧化銨溶于溶劑中配成體積比為I %的修飾溶液。然后，利用修飾溶液浸泡硅納米陣列的表面15s?lmin。使用的溶劑為烷基醇類(lèi)溶劑或去離子水。
[0048]通過(guò)四甲基氫氧化銨對(duì)硅納米結(jié)構(gòu)進(jìn)行鈍化處理，提高了冶金級(jí)硅電池的電學(xué)，光學(xué)性能，改善了電荷分離及傳輸?shù)刃阅?。同時(shí)，降低了硅基表面的缺陷態(tài)密度，提高了接觸面的穩(wěn)定性，延長(zhǎng)了電池壽命。
[0049]上述步驟S4具體包括:在惰性氣體保護(hù)下，在得到的冶金級(jí)硅納米結(jié)構(gòu)表面通過(guò)均膠旋涂法均勻涂覆共軛有機(jī)物，涂覆后，進(jìn)行退火處理。其中，共軛有機(jī)物可以為聚(3，4二氧乙烯噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)，簡(jiǎn)寫(xiě)為PEDOT: PSS。
[0050]此外，上述步驟S5中，利用蒸鍍法在涂覆有共軛有機(jī)物的表面、及冶金級(jí)硅晶圓襯底上制作金屬電極。
[0051]如圖2所示，本發(fā)明還提供一種根據(jù)如上所述的制備方法獲得的硅太陽(yáng)能電池，該硅太陽(yáng)能電池具有層狀結(jié)構(gòu)，自下而上，硅太陽(yáng)能電池依次包括:金屬背電極10、冶金級(jí)納米結(jié)構(gòu)硅基襯底20、有機(jī)共軛薄膜30、金屬柵電極40。
[0052]其中，金屬柵電極的作用是收集空穴并作為引出電極，作為電池的陽(yáng)極。
[0053]有機(jī)共軛薄膜位于冶金級(jí)納米結(jié)構(gòu)硅基襯底上，并與冶金級(jí)納米結(jié)構(gòu)硅基襯底形成有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化異質(zhì)結(jié)，產(chǎn)生光伏效應(yīng)并將空穴傳輸?shù)疥?yáng)極。
[0054]冶金級(jí)納米結(jié)構(gòu)硅基襯底位于金屬背電極之上，作為硅太陽(yáng)能電池的基區(qū)。
[0055]金屬背電極作用是與冶金級(jí)納米結(jié)構(gòu)硅基襯底形成歐姆接觸，收集電子并引出電極，作為電池的陰極。具體地，金屬背電極可以為鋁、鈦/鈀/銀或者鎵銦合金。
[0056]下面結(jié)合具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的硅太陽(yáng)能電池及其制備方法進(jìn)行舉例說(shuō)明。
[0057]實(shí)施例1
[0058]如圖3、4所示，提供冶金級(jí)硅片晶圓，對(duì)其進(jìn)行清洗，再將其放入稀釋的HF溶液中浸泡至少15分鐘，再用去離子水沖洗并用氮?dú)獯蹈桑湃胧痔紫渲写?。利用四甲基氫氧化銨對(duì)冶金級(jí)硅片晶圓進(jìn)行修飾。再利用PED0T:PSS溶液，在冶金級(jí)硅片晶圓上以9000轉(zhuǎn)/分鐘的速度旋涂一層PED0T:PSS的薄膜，隨后在125°C條件下進(jìn)行退火處理。然后，在高真空條件下在PED0T:PSS的薄膜上熱蒸鍍厚度為200nm的Ag電極，在冶金級(jí)硅片晶圓背面熱蒸鍍Al電極，獲得本發(fā)明的硅太陽(yáng)能電池。
[0059]針對(duì)本實(shí)施例中制備的娃太陽(yáng)能電池,在室溫環(huán)境,使用氣燈模擬太陽(yáng)光AMl.5,光強(qiáng)lOOmWcnT2條件下，測(cè)得最佳電池的短路電流為30.85mAcm_2，開(kāi)路電壓為0.52V，填充因子為0.74，光電轉(zhuǎn)換效率為12.0%。
[0060]此外，為了對(duì)本實(shí)施例中的硅太陽(yáng)能電池的性能進(jìn)行測(cè)試，進(jìn)行如下測(cè)試實(shí)驗(yàn):提供平面冶金硅(Planar Si)、其上形成有納米結(jié)構(gòu)的平面冶金硅(Nano-Si ff/0 TMAH)、以及經(jīng)過(guò)四甲基氫氧化銨處理的其上形成有納米結(jié)構(gòu)的平面冶金硅(Nano-Si W TMAH)測(cè)量并繪制三者的電流密度-電壓曲線(J-V曲線)和光電轉(zhuǎn)化效率曲線。
[0061]如圖5、6 所示，圖 5 為 Planar S1、Nano-Si ff/0 TMAH、Nano-Si W TMAH 三者的電流密度-電壓曲線(J-V 曲線)。圖 6 為 Planar S1、Nano-Si ff/0 TMAH、Nano-Si W TMAH 三者的光電轉(zhuǎn)化效率曲線。
[0062]由圖5可知，平面冶金硅(Planar Si)由于其反射率較高導(dǎo)致光吸收不足。在其基板上制備硅納結(jié)構(gòu)(Nano-Si ff/0 TMAH)后，盡管大大提高了光吸收能力，但由于同時(shí)引進(jìn)了更多的缺陷態(tài)導(dǎo)致了嚴(yán)重的電荷復(fù)合現(xiàn)象，極大的降低了電池的效率。通過(guò)使用四甲基氫氧化銨對(duì)硅納結(jié)構(gòu)進(jìn)行處理后(Nano-Si W TMAH)，不但有效的降低了表面缺陷態(tài)以及電荷的復(fù)合，提高了電荷傳輸能力，而且仍然有效的保留了光吸收能力，與平面冶金硅相比增大了短路電流密度，有效提高了電池的效率。
[0063]實(shí)施例2
[0064]如圖7所示，為本實(shí)施例中提供的不同厚度的冶金級(jí)硅片的透射率曲線。
[0065]提供不同厚度的冶金級(jí)硅片，將不同厚度冶金級(jí)硅片放入稀釋的HF溶液中浸泡至少15分鐘，再用去離子水沖洗并用氮?dú)獯蹈?，放入手套箱中待用。利用四甲基氫氧化銨對(duì)冶金級(jí)硅片晶圓進(jìn)行修飾。再利用PED0T:PSS溶液，在硅片上以9000轉(zhuǎn)/分鐘的速度旋涂一層PED0T:PSS的薄膜，隨后在125°C條件下進(jìn)行退火處理。然后，在高真空條件下在PEDOT: PSS的薄膜上熱蒸鍍厚度為200nm的Ag電極，在硅片背面熱蒸鍍Al電極，獲得本發(fā)明的硅太陽(yáng)能電池。
[0066]針對(duì)本實(shí)施例中制備的娃太陽(yáng)能電池,在室溫環(huán)境,使用氣燈模擬太陽(yáng)光AMl.5,光強(qiáng)lOOmWcnT2條件下，測(cè)得最佳電池的短路電流為22.25mAcnT2，開(kāi)路電壓為為0.54V，填充因子為0.72，光電轉(zhuǎn)換效率為8.7%。
[0067]如圖8、9所示，圖8為本實(shí)施例中不同厚度的冶金級(jí)硅片制備的硅太陽(yáng)能電池的電流密度-電壓曲線(J-V曲線)；圖9為本實(shí)施例中不同厚度的冶金級(jí)硅片制備的硅太陽(yáng)能電池在不同波長(zhǎng)下的光電轉(zhuǎn)化效率曲線。
[0068]由圖8、9可知，隨著冶金硅片厚度的減少，其效率略有降低，主要表現(xiàn)在光電轉(zhuǎn)化效率曲線在紅外波段隨著厚度的減少其轉(zhuǎn)化效率隨之降低，符合硅對(duì)全波段光吸收的特性。即光波長(zhǎng)越長(zhǎng)，則需要更厚的硅材料來(lái)吸收光的能量。與之前介紹的硅納米結(jié)構(gòu)相對(duì)應(yīng)的是，平面硅需要通過(guò)在其表面制備硅納米結(jié)構(gòu)來(lái)增加硅片的光吸收能力，從而增強(qiáng)電荷傳輸能力，提高電池的效率。
[0069]綜上所述，(I)本發(fā)明的硅太陽(yáng)能電池的制備方法將冶金級(jí)硅材料應(yīng)用到太陽(yáng)能電池制備中，其充分利用了濕法金屬輔助化學(xué)刻蝕技術(shù)對(duì)冶金級(jí)硅材料進(jìn)行表面形貌以及表面純化處理形成硅納米結(jié)構(gòu)。同時(shí)利用四甲基氫氧化銨等有機(jī)材料對(duì)硅納米結(jié)構(gòu)進(jìn)行鈍化處理，提高了冶金級(jí)硅電池的電學(xué)，光學(xué)性能，改善了電荷分離及傳輸?shù)刃阅堋Ｍㄟ^(guò)對(duì)有機(jī)-無(wú)機(jī)物雜化異質(zhì)結(jié)的修飾改性提高電池的穩(wěn)定性，增強(qiáng)了太陽(yáng)能電池的電荷傳輸能力，對(duì)表面態(tài)密度缺陷進(jìn)行有效的改善，操作簡(jiǎn)單易于工業(yè)化生產(chǎn)。
[0070](2)本發(fā)明硅太陽(yáng)能電池的制備方法對(duì)硅基襯底表面進(jìn)行改性，通過(guò)四甲基氫氧化銨等有機(jī)材料降低硅基表面的缺陷態(tài)密度，提高了接觸面的穩(wěn)定性，延長(zhǎng)了電池壽命。
[0071](3)本發(fā)明硅太陽(yáng)能電池的制備方法采用溶液涂膜的方式，簡(jiǎn)化了制備工藝，降低了成本，還彌補(bǔ)了有機(jī)半導(dǎo)體載流子遷移率低的問(wèn)題。
[0072](4)本發(fā)明硅太陽(yáng)能電池的制備方法通過(guò)控制勻膠旋涂的轉(zhuǎn)速，來(lái)調(diào)整共軛有機(jī)物薄膜的厚度，改善了異質(zhì)結(jié)對(duì)入射光的吸收反射，硅太陽(yáng)能電池在一定光強(qiáng)下吸收的光子數(shù)量增大，使得硅太陽(yáng)能電池的外量子效率光譜響應(yīng)相應(yīng)提升，從而提高了硅太陽(yáng)能電池的性能。
[0073](5)本發(fā)明硅太陽(yáng)能電池的制備方法采用濕法金屬輔助化學(xué)刻蝕技術(shù)對(duì)冶金級(jí)硅材料進(jìn)行表面形貌以及表面純化處理，一方面提高了光的吸收，增加了電池對(duì)光線的利用率；另一方面提聞了冶金級(jí)娃材料表面的純度，提聞了電荷傳輸電流的能力，增大電池的電流密度，降低了載流子的復(fù)合幾率，有效地提高了太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率。
[0074](6)本發(fā)明硅太陽(yáng)能電池的制備方法通過(guò)控制共軛有機(jī)聚合物薄膜的厚度，形成有機(jī)無(wú)機(jī)雜化異質(zhì)結(jié)，縮短了載流子傳輸距離，大大降低了載流子的復(fù)合幾率。
[0075](7)本發(fā)明硅太陽(yáng)能電池的制備方法操作簡(jiǎn)單，無(wú)后處理步驟，環(huán)境友好，符合國(guó)家現(xiàn)行能源技術(shù)方向。
[0076]對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實(shí)施例的細(xì)節(jié)，而且在不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。因此，無(wú)論從哪一點(diǎn)來(lái)看，均應(yīng)將實(shí)施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說(shuō)明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化囊括在本發(fā)明內(nèi)。
[0077]此外，應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說(shuō)明書(shū)按照實(shí)施方式加以描述，但并非每個(gè)實(shí)施方式僅包含一個(gè)獨(dú)立的技術(shù)方案，說(shuō)明書(shū)的這種敘述方式僅僅是為清楚起見(jiàn)，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說(shuō)明書(shū)作為一個(gè)整體，各實(shí)施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實(shí)施方式。
【權(quán)利要求】
1.一種硅太陽(yáng)能電池的制備方法，其特征在于，所述硅太陽(yáng)能電池的制備方法包括如下步驟: 51.提供冶金級(jí)硅晶圓襯底，并對(duì)硅晶圓襯底進(jìn)行清洗； 52.對(duì)清洗完畢的冶金級(jí)硅晶圓襯底在刻蝕液中進(jìn)行刻蝕，經(jīng)純化處理后，得到排布規(guī)則的硅納米陣列； 53.對(duì)硅納米陣列的表面進(jìn)行形貌修飾，得到表面經(jīng)過(guò)修飾處理的冶金級(jí)硅納米結(jié)構(gòu)； 54.在得到的冶金級(jí)硅納米結(jié)構(gòu)表面均勻涂覆共軛有機(jī)物，涂覆后，進(jìn)行退火處理； 55.在涂覆有共軛有機(jī)物的表面、及冶金級(jí)硅晶圓襯底上制作金屬電極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅太陽(yáng)能電池的制備方法，其特征在于，所述步驟S2具體包括:將清洗完畢的冶金級(jí)硅晶圓襯底放入4.8M的HF和0.02M的AgNO3形成的混合溶液中進(jìn)行刻蝕，刻蝕時(shí)在常溫下刻蝕20min，刻蝕后，將冶金級(jí)硅晶圓襯底在質(zhì)量百分濃度為30%的HNO3溶液中浸泡至少lh，再利用去離子水對(duì)浸泡后的冶金級(jí)硅晶圓襯底進(jìn)行沖洗，得到排布規(guī)則的硅納米陣列。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅太陽(yáng)能電池的制備方法，其特征在于，所述步驟S3中使用四甲基氫氧化銨對(duì)硅納米陣列的表面進(jìn)行形貌修飾。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的硅太陽(yáng)能電池的制備方法，其特征在于，使用四甲基氫氧化銨對(duì)硅納米陣列的表面進(jìn)行形貌修飾包括:將四甲基氫氧化銨溶于溶劑中配成體積比為I %的修飾溶液，利用修飾溶液浸泡硅納米陣列的表面15s?lmin。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的硅太陽(yáng)能電池的制備方法，其特征在于，所述溶劑為:烷基醇類(lèi)溶劑或去離子水。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅太陽(yáng)能電池的制備方法，其特征在于，所述步驟S4具體包括:在惰性氣體保護(hù)下，在得到的冶金級(jí)硅納米結(jié)構(gòu)表面通過(guò)均膠旋涂法均勻涂覆共軛有機(jī)物，涂覆后，進(jìn)行退火處理。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅太陽(yáng)能電池的制備方法，其特征在于，所述共軛有機(jī)物為聚(3，4 二氧乙烯噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅太陽(yáng)能電池的制備方法，其特征在于，所述步驟S5中，利用蒸鍍法在涂覆有共軛有機(jī)物的表面、及冶金級(jí)硅晶圓襯底上制作金屬電極。
9.一種根據(jù)權(quán)利要求1?8任一項(xiàng)所述的制備方法獲得的硅太陽(yáng)能電池，其特征在于，所述硅太陽(yáng)能電池依次包括:金屬背電極、冶金級(jí)納米結(jié)構(gòu)硅基襯底、有機(jī)共軛薄膜、金屬柵電極，所述有機(jī)共軛薄膜位于冶金級(jí)納米結(jié)構(gòu)硅基襯底上，并與冶金級(jí)納米結(jié)構(gòu)硅基襯底形成有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化異質(zhì)結(jié)。
【文檔編號(hào)】H01L31/04GK104051580SQ201410328758
【公開(kāi)日】2014年9月17日 申請(qǐng)日期:2014年7月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月10日
【發(fā)明者】孫寶全, 張 杰 申請(qǐng)人:蘇州大學(xué)