一种柔性单晶硅薄膜太阳能电池及其制备方法技术

本发明专利技术的一种柔性单晶硅薄膜太阳能电池及其制备方法，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，铝电极和金电极分别通过沉积的方式设置于薄膜层两侧，铝电极设置于基底上，其中，薄膜层包括含硼单晶硅、磷源以及铬薄膜，铬薄膜上沉积有金电极，含硼单晶硅的背面设置有铝电极。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。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术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。
技术介绍
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。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。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。
技术实现思路
本专利技术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。为达到以上目的，本专利技术采用的技术方案为：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。根据本专利技术的一实施例，所述铝电极的厚度为50～80nm。根据本专利技术的一实施例，所述铬薄膜的厚度为10～20nm。根据本专利技术的一实施例，形成的所述金电极薄膜的厚度为60～90nm。根据本专利技术的一实施例，所述含硼单晶硅为硼掺杂单晶硅薄膜。根据本专利技术的一实施例，所述磷源为P452。一种柔性单晶硅薄膜太阳能电池的制备方法，其包括步骤：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℃；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；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；S400将半成品浸泡于浓度为10～20％的氢氟酸溶液中12～24小时；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；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。根据本专利技术的一实施例，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。附图说明图1是根据本专利技术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。图2是根据本专利技术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。附图标记说明1太阳能电池10基底20铝电极30含硼单晶硅40磷源50铬薄膜60金电极具体实施方式以下描述用于揭露本专利技术以使本领域技术人员能够实现本专利技术。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。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。其中，所述铝电极20的厚度为50～80nm。其中，所述铬薄膜50的厚度为10～20nm。其中，形成的所述金电极60薄膜的厚度为60～90nm。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。一种柔性单晶硅薄膜太阳能电池1的制备方法，包括步骤：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℃；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；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；S400将半成品浸泡于浓度为10～20％的氢氟酸溶液中12～24小时；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；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。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。本专利技术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。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)。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。所述金电极60起到保护薄膜层的作用，使得所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种柔性单晶硅薄膜太阳能电池及其制备方法，其特征在于，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。

【技术特征摘要】
1.一种柔性单晶硅薄膜太阳能电池及其制备方法，其特征在于，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。2.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述铝电极的厚度为50～80nm。3.根据权利要求2所述的太阳能电池，其特征在于，所述铬薄膜的厚度为10～20nm。4.根据权利要求3所述的太阳能电池，其特征在于，形成的所述金电极薄膜的厚度为60～90nm。5.根据权利要求4所述的太阳能电池，其特征在于，所述含硼单晶硅为硼掺杂单晶硅薄膜。6.根据权利要求1至5中任一所述的太阳能电池，其特征在于，所述磷源为P452。7.一种如权利要求1至6中任一所述的柔性单晶硅薄膜太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括步骤：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...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢小两，刘宁，施佳峰，
申请(专利权)人：宁波欧达光电有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33