一种N型硅异质结太阳能电池及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种N型硅异质结太阳能电池及其制备方法，用以提高N型硅异质结太阳能电池的光电转换效率。N型硅异质结太阳能电池制作方法包括：N型硅片的清洗，去除氧化硅绝缘层；采用金属离子辅助化学刻蚀法在N型硅片上制备N型硅纳米线阵列；将含有N型硅纳米线阵列的N型硅片进行电镀硫化处理；接着在N型硅纳米线阵列的表面依次旋涂铁电薄膜材料的前驱体溶液、2,2’,7,7’‑四(N,N‑二‑对‑甲氧基苯基‑氨)‑9,9’‑螺二芴溶液、聚乙烯醇溶液、PEDOT:PSS溶液，并分别进行热处理；接着在N型硅片的背面旋涂聚乙烯亚胺溶液，并进行热处理，然后在N型硅片的背面制备铝电极，在N型硅片的正面制备银电极。

N type silicon hetero junction solar cell and preparation method thereof

The invention relates to a N type silicon heterojunction solar cell and a preparation method thereof, in order to improve the photoelectric conversion efficiency of the N type silicon heterojunction solar cell. Including the N type silicon heterojunction solar cell production method: N type silicon wafer cleaning, removing the insulating layer of silicon oxide; metal ion assisted chemical etching in N type silicon fabricated on N type silicon nanowire array; N type silicon containing N type silicon nanowire arrays by electroplating vulcanization process; then the nano surface in the N type silicon nanowire arrays in the precursor solution, spin coating of ferroelectric thin film materials, 2,2 '7,7' (four N, N two of methoxybenzoic ammonia) 9,9 'Lo two fluorene solution, polyvinyl alcohol solution and PEDOT:PSS solution respectively, and then in the heat treatment; the rotary N type silicon coated with polyethyleneimine solution and heat treatment, and then in the back of the preparation of N type silicon aluminum electrode, silver electrode in the N type silicon wafer front system.

【技术实现步骤摘要】
一种N型硅异质结太阳能电池及其制备方法
本专利技术涉及太阳能光伏发电
，特别是涉及一种N型硅异质结太阳能电池及其制备方法。
技术介绍
硅基太阳电池主要包括单晶硅太阳电池、非晶硅薄膜太阳电池和多晶硅薄膜太阳电池。其中单晶硅太阳电池的转换效率最高，在目前商业化太阳电池市场中占绝对统治地位。单晶硅太阳能电池的光电转化效率无疑非常具有竞争力，但由于其原材料价格高、复杂的制作工艺的影响，致使其成本太高，不利于实现大规模的民用光伏发电。为了降低成本，薄膜太阳能电池引起了人们的关注，它包括多晶硅薄膜太阳电池和非晶硅薄膜太阳电池。目前多晶硅电池由于成本稍低已被广泛用于商业化太阳能电池的制备中，多晶硅材晶体结构呈无规律性。非晶硅薄膜电池由于材料无序导致载流子寿命短，扩散长度小，电子空穴复合严重，并且长时间光照下会产生光致衰减效应，因而转换效率低下。因此，如何设计一种制作简单、光电转换效率高的太阳能电池及组件，是业界亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服上述现有技术的不足，提供一种N型硅异质结太阳能电池及其制备方法。为实现上述目的，本专利技术提出的一种N型硅异质结太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：（1）对N型硅片进行清洗，接着利用氢氟酸去除氧化硅绝缘层；（2）采用金属离子辅助化学刻蚀法在所述N型硅片的上表面制备N型硅纳米线阵列；（3）将含有所述N型硅纳米线阵列的所述N型硅片浸入硫化钠的乙二醇溶液中，作为阳极，并在硫化钠的乙二醇溶液中放置铂电极，作为阴极，进行电镀硫化处理，以得到硫化钝化层；（4）在所述N型硅纳米线阵列的表面旋涂铁电薄膜材料的前驱体溶液，在150-180℃下烘烤5-10分钟，然后在500-600℃下退火处理10-20分钟，以得到铁电钝化薄膜；（5）随后于惰性气氛中在所述铁电钝化薄膜的表面旋涂2,2’,7,7’-四(N,N-二-对-甲氧基苯基-氨)-9,9’-螺二芴溶液，在空气中110-120℃下退火10-20分钟，以得到2,2’,7,7’-四(N,N-二-对-甲氧基苯基-氨)-9,9’-螺二芴薄膜，所述N型硅纳米线阵列与所述2,2’,7,7’-四(N,N-二-对-甲氧基苯基-氨)-9,9’-螺二芴薄膜形成径向异质结；（6）在所述2,2’,7,7’-四(N,N-二-对-甲氧基苯基-氨)-9,9’-螺二芴薄膜的表面旋涂聚乙烯醇溶液，在105-110℃下退火12-15分钟，以得到聚乙烯醇隧道层；（7）在所述聚乙烯醇隧道层的表面旋涂PEDOT:PSS溶液，在110-120℃下退火20-30分钟，以得到PEDOT:PSS透明导电层；（8）在所述N型硅片的下表面旋涂聚乙烯亚胺溶液，在105-110℃下退火12-15分钟，以得到聚乙烯亚胺层；（9）在所述PEDOT:PSS透明导电层的表面制备银电极，在所述聚乙烯亚胺层的表面制备铝电极。作为优选，所述N型硅纳米线阵列中硅纳米线的长度为500-1500nm，相邻硅纳米线之间的间距为100-500nm，所述硅纳米线的直径为50-300nm。作为优选，所述铁电钝化薄膜的材质为PZT、BTO、BFO或BST，优选为PZT，所述铁电钝化薄膜的厚度为1-3纳米。作为优选，所述2,2’,7,7’-四(N,N-二-对-甲氧基苯基-氨)-9,9’-螺二芴薄膜的厚度为35-55纳米。作为优选，所述聚乙烯醇隧道层的厚度为1-3纳米。作为优选，所述PEDOT:PSS透明导电层的厚度为30-50纳米。作为优选，所述聚乙烯亚胺层的厚度为1-3纳米。作为优选，所述银电极为银栅电极，所述铝电极的厚度为50-100纳米。本专利技术还提供了一种N型硅异质结太阳能电池，所述N型硅异质结太阳能电池为采用上述方法制备形成的N型硅异质结太阳能电池。由于本专利技术的N型硅异质结太阳能电池是采用上述方法制备形成的，，本专利技术与现有技术相比具有下列优点：(1)本专利技术所述的N型硅异质结太阳能电池，在硅纳米线阵列的表面旋涂2,2’,7,7’-四(N,N-二-对-甲氧基苯基-氨)-9,9’-螺二芴薄膜作为空穴的传输层，采用N型硅纳米线阵列与2,2’,7,7’-四(N,N-二-对-甲氧基苯基-氨)-9,9’-螺二芴薄膜形成的径向异质结结构，通过对N型硅纳米线阵列表面悬空键导致的缺陷态进行最大限度的修复，以得到高质量p-n结，实现了光电转换效率超过17%的N型硅异质结太阳能电池。(2)本专利技术采用硅纳米线阵列作为光吸收层，提高了对太阳能光的吸收效率，同时异质结界面面积增加，提高了电子空穴对的分离及传输效率，有效地提高了太阳能电池的转换效率。(3)本专利技术通过金属离子辅助化学刻蚀法形成硅纳米线阵列，通过控制刻蚀时间得到了长度和密度合适的硅纳米线阵列结构，有利于径向异质结的形成。(4)本专利技术对硅纳米线阵列表面进行钝化改性，通过硫化钝化以及铁电薄膜钝化的配合作用，有效钝化了硅纳米线阵列表面的悬空键，使得硅纳米线阵列表面的悬空键接近完全钝化，降低了硅纳米线阵列表面的缺陷态密度，提高了异质结界面的稳定性。(5)本专利技术通过在N型硅纳米线阵列与2,2’,7,7’-四(N,N-二-对-甲氧基苯基-氨)-9,9’-螺二芴薄膜与PEDOT:PSS透明导电层之间设置聚乙烯醇隧道层，利用隧穿效应，提供了空穴的传输效率。(6)本专利技术在铝电极与N型硅片之间设置了聚乙烯亚胺层，聚乙烯亚胺层的存在降低了铝电极的功函数，进而降低了铝电极与N型硅片之间接触电阻，提高了N型硅异质结太阳能电池的内建电场，抑制了电子与空穴的复合。(7)本专利技术的各功能层均是低温溶液法形成的，制备过程简单，降低了生产能耗，易于工业化生产。附图说明图1为本专利技术的N型硅异质结太阳能电池的结构示意图。具体实施方式本专利技术具体实施例提出的一种N型硅异质结太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：（1）对N型硅片1进行清洗，接着利用氢氟酸去除氧化硅绝缘层；（2）采用金属离子辅助化学刻蚀法在所述N型硅片1的上表面制备N型硅纳米线阵列2；（3）将含有所述N型硅纳米线阵列2的所述N型硅片1浸入硫化钠的乙二醇溶液中，作为阳极，并在硫化钠的乙二醇溶液中放置铂电极，作为阴极，进行电镀硫化处理，以得到硫化钝化层3；（4）在所述N型硅纳米线阵列2的表面旋涂铁电薄膜材料的前驱体溶液，在150-180℃下烘烤5-10分钟，然后在500-600℃下退火处理10-20分钟，以得到铁电钝化薄膜4；（5）随后于惰性气氛中在所述铁电钝化薄膜4的表面旋涂2,2’,7,7’-四(N,N-二-对-甲氧基苯基-氨)-9,9’-螺二芴溶液，在空气中110-120℃下退火10-20分钟，以得到2,2’,7,7’-四(N,N-二-对-甲氧基苯基-氨)-9,9’-螺二芴薄膜5，所述N型硅纳米线阵列3与所述2,2’,7,7’-四(N,N-二-对-甲氧基苯基-氨)-9,9’-螺二芴薄膜5形成径向异质结；（6）在所述2,2’,7,7’-四(N,N-二-对-甲氧基苯基-氨)-9,9’-螺二芴薄膜5的表面旋涂聚乙烯醇溶液，在105-110℃下退火12-15分钟，以得到聚乙烯醇隧道层6；（7）在所述聚乙烯醇隧道层6的表面旋涂PEDOT:PSS溶液，在110-120℃下退火20-30分钟，以得到PEDOT:PSS透明导电层7；（8）在所述N型硅片的下表面旋涂聚乙本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种N型硅异质结太阳能电池的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：（1）对N型硅片进行清洗，接着利用氢氟酸去除氧化硅绝缘层；（2）采用金属离子辅助化学刻蚀法在所述N型硅片的上表面制备N型硅纳米线阵列；（3）将含有所述N型硅纳米线阵列的所述N型硅片浸入硫化钠的乙二醇溶液中，作为阳极，并在硫化钠的乙二醇溶液中放置铂电极，作为阴极，进行电镀硫化处理，以得到硫化钝化层；（4）在所述N型硅纳米线阵列的表面旋涂铁电薄膜材料的前驱体溶液，在150‑180℃下烘烤5‑10分钟，然后在500‑600℃下退火处理10‑20分钟，以得到铁电钝化薄膜；（5）随后于惰性气氛中在所述铁电钝化薄膜的表面旋涂2,2’,7,7’‑四(N,N‑二‑对‑甲氧基苯基‑氨)‑9,9’‑螺二芴溶液，在空气中110‑120℃下退火10‑20分钟，以得到2,2’,7,7’‑四(N,N‑二‑对‑甲氧基苯基‑氨)‑9,9’‑螺二芴薄膜，所述N型硅纳米线阵列与所述2,2’,7,7’‑四(N,N‑二‑对‑甲氧基苯基‑氨)‑9,9’‑螺二芴薄膜形成径向异质结；（6）在所述2,2’,7,7’‑四(N,N‑二‑对‑甲氧基苯基‑氨)‑9,9’‑螺二芴薄膜的表面旋涂聚乙烯醇溶液，在105‑110℃下退火12‑15分钟，以得到聚乙烯醇隧道层；（7）在所述聚乙烯醇隧道层的表面旋涂PEDOT:PSS溶液，在110‑120℃下退火20‑30分钟，以得到PEDOT:PSS透明导电层；（8）在所述N型硅片的下表面旋涂聚乙烯亚胺溶液，在105‑110℃下退火12‑15分钟，以得到聚乙烯亚胺层；（9）在所述PEDOT:PSS透明导电层的表面制备银电极，在所述聚乙烯亚胺层的表面制备铝电极。...

【技术特征摘要】
1.一种N型硅异质结太阳能电池的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：（1）对N型硅片进行清洗，接着利用氢氟酸去除氧化硅绝缘层；（2）采用金属离子辅助化学刻蚀法在所述N型硅片的上表面制备N型硅纳米线阵列；（3）将含有所述N型硅纳米线阵列的所述N型硅片浸入硫化钠的乙二醇溶液中，作为阳极，并在硫化钠的乙二醇溶液中放置铂电极，作为阴极，进行电镀硫化处理，以得到硫化钝化层；（4）在所述N型硅纳米线阵列的表面旋涂铁电薄膜材料的前驱体溶液，在150-180℃下烘烤5-10分钟，然后在500-600℃下退火处理10-20分钟，以得到铁电钝化薄膜；（5）随后于惰性气氛中在所述铁电钝化薄膜的表面旋涂2,2’,7,7’-四(N,N-二-对-甲氧基苯基-氨)-9,9’-螺二芴溶液，在空气中110-120℃下退火10-20分钟，以得到2,2’,7,7’-四(N,N-二-对-甲氧基苯基-氨)-9,9’-螺二芴薄膜，所述N型硅纳米线阵列与所述2,2’,7,7’-四(N,N-二-对-甲氧基苯基-氨)-9,9’-螺二芴薄膜形成径向异质结；（6）在所述2,2’,7,7’-四(N,N-二-对-甲氧基苯基-氨)-9,9’-螺二芴薄膜的表面旋涂聚乙烯醇溶液，在105-110℃下退火12-15分钟，以得到聚乙烯醇隧道层；（7）在所述聚乙烯醇隧道层的表面旋涂PEDOT:PSS溶液，在110-120℃下退火20-30分钟，以得到PEDOT:PSS透明导电层；（8）在所述N型硅片的下表面旋涂聚乙烯亚胺溶液，在105-110℃下退火...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐晨，陈帅梁，陈琳，顾运莉，
申请(专利权)人：江苏天雄电气自动化有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32