一种硫化钼薄膜异质结太阳能电池及其制造方法技术

技术编号:19782100 阅读:23 留言:0更新日期:2018-12-15 12:28
本发明专利技术公开了一种硫化钼薄膜异质结太阳能电池,其采用PVA/PVP光透膜层作为电池的窗口层,由于PVA/PVP光透膜层能够隔离空气,从而增加了硫化钼薄膜异质结太阳能电池的稳定性;并且其在P型单晶硅衬底与硫化钼薄膜层之间设置了氧化石墨烯中间层,通过氧化石墨烯中间层与P型单晶硅衬底接触,由于氧化石墨烯中含有氢键可以与P型单晶硅衬底表面的悬挂键结合,从而降低了P型单晶硅衬底的表面态,有利于提升电池的开路电压和短路电流,进一步提升本发明专利技术的硫化钼薄膜异质结太阳能电池的转换效率。

【技术实现步骤摘要】
一种硫化钼薄膜异质结太阳能电池及其制造方法
本专利技术涉及太阳能电池
,尤其涉及一种硫化钼薄膜异质结太阳能电池及其制造方法。
技术介绍
太阳能光伏发电因其清洁、安全、便利、高效等特点,已成为世界各国普遍关注和重点发展的新兴产业。因此,深入研究和利用太阳能资源,对缓解资源危机、改善生态环境具有十分重要的意义。在各种太阳能电池中,晶体硅太阳能电池虽然仍是主流的太阳能电池,但是其制造过程中需要用到高温扩散等复杂工艺,制造成本高,进一步提高转换效率受到限制。而硫化钼薄膜的制备主要采用化学气相沉积法(CVD),其具有过程简单、耗时少、成本低、合成的硫化钼薄膜具有高结晶度、面积大等优点,并且硫化钼薄膜材料具有高电子迁移率和优异的光、电、机械、化学、声、力学等特性,其在可见光区吸收系数大、光谱响应范围宽、导电性能优秀,与单晶硅结合构造异质结太阳能电池具有良好光伏特性和高的转换效率,因此硫化钼薄膜异质结太阳能电池具有广阔的应用前景。
技术实现思路
本专利技术提出了一种硫化钼薄膜异质结太阳能电池及其制造方法,以解决现有的硫化钼薄膜异质结太阳能电池稳定性差和转换效率低的问题。为了解决上述问题,本专利技术提供一种硫化钼薄膜异质结太阳能电池,包括:P型单晶硅衬底,所述P型单晶硅衬底的背面形成有铝背电极层,其正面由下至上依次形成有二氧化硅绝缘层、金电极层、钛电极层;所述二氧化硅绝缘层、金电极层、钛电极层上开设有开槽,所述开槽贯穿所述二氧化硅绝缘层、金电极层、钛电极层,止于所述P型单晶硅衬底的正面;氧化石墨烯中间层,填充在所述开槽内,且所述氧化石墨烯中间层的底部与所述P型单晶硅衬底接触,其顶部与所述二氧化硅绝缘层的顶部齐平;硫化钼薄膜层,形成在所述氧化石墨烯中间层上,且覆盖在所述钛电极层上;以及PVA/PVP光透膜层,覆盖在所述硫化钼薄膜层上,作为电池的窗口层。进一步地,所述PVA/PVP光透膜层与所述硫化钼薄膜层作为一整体覆盖在所述氧化石墨烯中间层及所述钛电极层上。进一步地,所述氧化石墨烯中间层的厚度为2nm-10nm,所述二氧化硅绝缘层的厚度为50nm-300nm。进一步地,所述金电极层的厚度为20nm-400nm,所述钛电极层的厚度为10nm-100nm。进一步地,所述硫化钼薄膜层的厚度为0.7nm-20nm;所述PVA/PVP光透膜层的厚度为50μm-200μm,所述PVA/PVP光透膜层的光透率为80%-90%。同时,本专利技术还提供一种硫化钼薄膜异质结太阳能电池的制备方法,包括以下步骤:提供P型单晶硅衬底,在所述P型单晶硅衬底的正面制备二氧化硅绝缘层后清洗所述P型单晶硅衬底,去除其上的有机污渍与金属离子;在所述P型单晶硅衬底的背面制备铝背电极层,并在真空环境下恒温退火0.8-1.2h;将图形化的掩膜板覆盖在所述二氧化硅绝缘层上,使其遮住所述二氧化硅绝缘层的中部;采用电子束蒸发工艺在未被所述图形化的掩膜板遮挡的二氧化硅绝缘层上制备Au/Ti电极层,并在真空环境下恒温退火0.8-1.2h;去除图形化的掩膜板;并在Au/Ti电极层上旋涂一层4μm-50μm的光刻胶;采用刻蚀液将二氧化硅绝缘层中未覆盖Au/Ti电极层的部分刻蚀掉,在二氧化硅绝缘层中形成开槽;其中刻蚀液为质量百分比为2-15wt%的HF溶液与质量百分比为0-30wt%双氧水的混合液,且双氧水与HF溶液的质量比为1.3-2;且在刻蚀后用去离子水漂洗并用氮气高速吹干;将氧化石墨烯溶解在去离子水中,获得胶体状氧化石墨烯溶液,并将胶体状氧化石墨烯溶液旋涂至二氧化硅绝缘层的开槽内,形成氧化石墨烯中间层,所述氧化石墨烯中间层的底部与所述P型单晶硅衬底接触,其顶部与所述二氧化硅绝缘层的顶部齐平;采用化学气相沉积法在第二硅片上制备硫化钼薄膜层,其中所述第二硅片上形成有与Au/Ti电极层的图形相匹配的图形化的二氧化硅绝缘层,所述硫化钼薄膜层制备在所述图形化的二氧化硅绝缘层上;并在所述硫化钼薄膜层上依次制备PVP层和PVA层,形成PVA/PVP光透膜层;将所述硫化钼薄膜层与所述PVA/PVP光透膜层构成的整体从所述第二硅片上剥离并转移至所述P型单晶硅衬底上,使得所述硫化钼薄膜层与所述PVA/PVP光透膜层构成的整体覆盖在氧化石墨烯中间层及钛电极层上。进一步地,清洗所述P型单晶硅衬底具体为:采用丙酮超声清洗4-6min去除其表面的有机物污垢,然后用酒精超声清洗4-6min去除硅片表面的丙酮。进一步地,采用化学气相沉积法在第二硅片上制备硫化钼薄膜层具体为:将制备有图形化的二氧化硅绝缘层的第二硅片置于CVD反应设备的石英管内,石英管内通入氩气,气流保持在50sccm,加入硫粉0.2g、氧化钼6mg,控制反应温度为680-720℃,反应时间为4-6min,反应完成后自然冷却至室温。进一步地,在硫化钼薄膜层上制备PVA/PVP光透膜层具体包括:制备PVA溶液:将固体PVA颗粒2.5g和25ml去离子水混合,并在70℃下用磁力搅拌器搅拌1h即得到PVA溶液;制备PVP溶液:将1.5gPVP颗粒、1.5ml乙烯基吡咯烷酮、1ml去离子水和7ml酒精充分混合得到PVP溶液;制备PVA层:将PVA溶液以1500rpm的转速旋涂到硫化钼薄膜层上,并在75℃下恒温保持12min,形成PVA层;制备PVP层:将PVP溶液以1500rpm的转速旋涂到PVA层上,并在75℃下恒温保持12min,形成PVP层。本专利技术由于采用以上技术方案,使之与现有技术相比,存在以下的优点和积极效果:1)本专利技术提供的硫化钼薄膜异质结太阳能电池,其采用PVA/PVP光透膜层作为电池的窗口层,由于PVA/PVP光透膜层能够隔离空气,从而增加了硫化钼薄膜异质结太阳能电池的稳定性;2)本专利技术提供的硫化钼薄膜异质结太阳能电池,其在P型单晶硅衬底与硫化钼薄膜层之间设置了氧化石墨烯中间层,通过氧化石墨烯中间层与P型单晶硅衬底接触,由于氧化石墨烯中含有氢键可以与P型单晶硅衬底表面的悬挂键结合,从而降低了P型单晶硅衬底的表面态,有利于提升电池的开路电压和短路电流,进一步提升本专利技术的硫化钼薄膜异质结太阳能电池的转换效率。附图说明图1是本专利技术实施例提供的硫化钼薄膜异质结太阳能电池的结构示意图;图2是本专利技术实施例提供的硫化钼薄膜异质结太阳能电池的制造方法的流程示意图;图3A-图3F是本专利技术实施例提供的硫化钼薄膜异质结太阳能电池的制造方法的各步骤对应的器件结构示意图。图中:1-PVA/PVP光透膜层,2-硫化钼薄膜层,3-Ti电极层,4-Au电极层,5-二氧化硅绝缘层,6-氧化石墨烯中间层,7-P型单晶硅衬底,8-铝背电极层。具体实施方式以下结合附图和具体实施例对本专利技术提出的硫化钼薄膜异质结太阳能电池及其制造方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书,本专利技术的优点和特征将更清楚。需说明的是,附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例,仅用以方便、明晰地辅助说明本专利技术实施例的目的。申请人在提出本申请之前,对现有的硫化钼薄膜异质结太阳能电池进行了充分的研究,通过大量的理论验证和实验研究发现了现有的硫化钼薄膜异质结太阳能电池之所以转换效率不理想,是由于其结构存在以下不足之处:1)现有的硫化钼薄膜异质结太阳能电池采用掺F的SnO2(简称FTO)作为电池的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种硫化钼薄膜异质结太阳能电池,其特征在于,包括:P型单晶硅衬底,所述P型单晶硅衬底的背面形成有铝背电极层,其正面由下至上依次形成有二氧化硅绝缘层、金电极层、钛电极层;所述二氧化硅绝缘层、金电极层、钛电极层上开设有开槽,所述开槽贯穿所述二氧化硅绝缘层、金电极层、钛电极层,止于所述P型单晶硅衬底的正面;氧化石墨烯中间层,填充在所述开槽内,且所述氧化石墨烯中间层的底部与所述P型单晶硅衬底接触,其顶部与所述二氧化硅绝缘层的顶部齐平;硫化钼薄膜层,形成在所述氧化石墨烯中间层上,且覆盖在所述钛电极层上;以及PVA/PVP光透膜层,覆盖在所述硫化钼薄膜层上,作为电池的窗口层。

【技术特征摘要】
1.一种硫化钼薄膜异质结太阳能电池,其特征在于,包括:P型单晶硅衬底,所述P型单晶硅衬底的背面形成有铝背电极层,其正面由下至上依次形成有二氧化硅绝缘层、金电极层、钛电极层;所述二氧化硅绝缘层、金电极层、钛电极层上开设有开槽,所述开槽贯穿所述二氧化硅绝缘层、金电极层、钛电极层,止于所述P型单晶硅衬底的正面;氧化石墨烯中间层,填充在所述开槽内,且所述氧化石墨烯中间层的底部与所述P型单晶硅衬底接触,其顶部与所述二氧化硅绝缘层的顶部齐平;硫化钼薄膜层,形成在所述氧化石墨烯中间层上,且覆盖在所述钛电极层上;以及PVA/PVP光透膜层,覆盖在所述硫化钼薄膜层上,作为电池的窗口层。2.如权利要求1所述的硫化钼薄膜异质结太阳能电池,其特征在于,所述PVA/PVP光透膜层与所述硫化钼薄膜层作为一整体覆盖在所述氧化石墨烯中间层及所述钛电极层上。3.如权利要求1或2所述的硫化钼薄膜异质结太阳能电池,其特征在于,所述氧化石墨烯中间层的厚度为2nm-10nm,所述二氧化硅绝缘层的厚度为50nm-300nm。4.如权利要求1或2所述硫化钼薄膜异质结太阳能电池,其特征在于,所述金电极层的厚度为20nm-400nm,所述钛电极层的厚度为10nm-100nm。5.如权利要求1或2所述硫化钼薄膜异质结太阳能电池,其特征在于,所述硫化钼薄膜层的厚度为0.7nm-20nm;所述PVA/PVP光透膜层的厚度为50μm-200μm,所述PVA/PVP光透膜层的光透率为80%-90%。6.一种如权利要求1-5任一项所述的硫化钼薄膜异质结太阳能电池的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:提供P型单晶硅衬底,在所述P型单晶硅衬底的正面制备二氧化硅绝缘层后清洗所述P型单晶硅衬底,去除其上的有机污渍与金属离子;在所述P型单晶硅衬底的背面制备铝背电极层,并在真空环境下恒温退火0.8-1.2h;将图形化的掩膜板覆盖在所述二氧化硅绝缘层上,使其遮住所述二氧化硅绝缘层的中部;采用电子束蒸发工艺在未被所述图形化的掩膜板遮挡的二氧化硅绝缘层上制备Au/Ti电极层,并在真空环境下恒温退火0.8-1.2h;去除图形化的掩膜板;并在Au/Ti电极层上旋涂一层4μm-50μm的光刻胶;采用刻蚀液将二氧化硅绝缘层中未覆盖Au/Ti电极层的部分刻蚀掉,在二氧化硅绝缘层中形成开槽;其中刻蚀液为质量百分比为2-1...

【专利技术属性】
技术研发人员:曾祥斌周广通王文照胡一说靳雯吴少雄曾洋任婷婷郭振宇
申请(专利权)人:华中科技大学
类型:发明
国别省市:湖北,42

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