一种有机无机杂化太阳能电池及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种有机无机杂化太阳能电池及其制备方法，用以提高有机无机杂化太阳能电池的光电转换效率。有机无机杂化太阳能电池的制作方法包括：硅基底的清洗；硅基底的表面钝化处理；硅纳米线/PEDOT:PSS复合膜的制备；PEDOT:PSS/银纳米线/黑磷烯复合导电层的制备；背面界面层的制备；正面银栅电极的制备；背面电极的制备。

Organic inorganic hybrid solar cell and preparation method thereof

The invention relates to an organic inorganic hybrid solar cell and a preparation method thereof, which are used to improve the photoelectric conversion efficiency of organic inorganic hybrid solar cells. The preparation methods of organic-inorganic hybrid solar cells include: cleaning silicon substrate; surface passivation of silicon substrate; preparation of silicon nanowire /PEDOT:PSS composite film; preparation of PEDOT:PSS/ silver nanowire / Black phosphene composite conductive layer; preparation of back interface layer; preparation of front silver grid electrode; preparation of back electrode.

【技术实现步骤摘要】
一种有机无机杂化太阳能电池及其制备方法
本专利技术涉及太阳能电池
，特别是涉及一种有机无机杂化太阳能电池及其制备方法。
技术介绍
无机太阳电池因其造价过于昂贵，而无法得到大规模的应用。有机太阳能电池由于其材料便宜、退火温度低、制作过程简单等优势而有希望降低太阳能电池的生产成本，然而有机太阳能电池的效率远低于无机太阳能电池。因此基于无机和有机半导体材料的有机无机杂化太阳能电池越来越受到了人们的青睐，它提供了一种既可以简化制造步骤又可以降低成本的生产技术。无机材料与有机材料相比，它最大的优势为载流子迁移率高，材料的载流子迁移率高则意味着其平均自由程长，可以有效减少电子-空穴对的复合几率。而对于有机材料，电子迁移率一般较低，在电子输运过程损失严重，因而有机光伏电池的光电转化效率较低。有机无机杂化太阳能电池可以结合有机材料和无机材料的优势，避免各自的缺陷，以得到较高的光电转换效率。
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，提供一种有机无机杂化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有机无机杂化太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：(1)硅基底的清洗：将n型硅片依次在丙酮、乙醇、去离子水中超声清洗10-30分钟，并用氮气吹干，接着将吹干的n型硅片置于浓硫酸/双氧水混合溶液中，100-120℃下热处理40-60分钟，接着用去离子水冲洗n型硅片，最后利用氢氟酸去除所述n型硅片的表面的自然氧化硅层；(2)硅基底的表面钝化处理：将步骤1得到n型硅片用氮气吹干，然后浸入饱和五氯化磷的氯苯溶液中，在110℃下热处理40-60分钟，接着将n型硅片从饱和五氯化磷的氯苯溶液中取出并依次在氯苯和四氢呋喃中清洗，接着将n型硅片放置于甲基氯化镁的四氢呋喃溶液中，以在n型硅片表面形成硅-甲基钝化层；(3)硅纳米线/PEDOT:PSS复合膜的制备：在步骤2得到的n型硅片的正面旋涂含有n型硅纳米线的PEDOT:PSS溶液，转速为1000-2000转/分钟，旋涂时间为2-4分钟，然后置于氮气氛围中进行退火处理，退化温度为110-120℃，退火时间为12-20分钟，形成致密的硅纳米线/PEDOT:PSS复合膜；(4)PEDOT:PSS/银纳米线/黑磷烯复合导电层的制备：在硅纳米线/PEDOT:PSS复合膜表面旋涂含有银纳米线和黑磷烯的PEDOT:PSS溶液；转速为2000-3000转/分钟，旋涂时间为2-5分钟，然后置于氮气氛围中进行退火处理，退化温度为110-120℃，退火时间为15-20分钟，形成致密的PEDOT:PSS/银纳米线/黑磷烯复合导电层；(5)背面界面层的制备：在所述n型硅片背面旋涂碳酸铯溶液，接着旋涂氧化锌纳米颗粒悬浮液，以形成碳酸铯/氧化锌纳米颗粒复合背面界面层；(6)正面银栅电极的制备：在真空环境下利用热蒸镀法，在n型硅片正面蒸镀正面银栅电极；(7)背面电极的制备：在真空环境下利用热蒸镀法，在n型硅片背面蒸镀背面铝电极。作为优选，在所述步骤3中，所述n型硅纳米线的长度为100-200nm，所述n型硅纳米线的直径为20-40nm，所述硅纳米线/PEDOT:PSS复合膜的厚度为50-100纳米。作为优选，所述含有n型硅纳米线的PEDOT:PSS溶液的制备方法为：采用金属离子辅助化学刻蚀法在n型硅基底的上表面制备n型硅纳米线阵列，然后利用刀片将n型硅纳米线阵列刮入PEDOT:PSS溶液中，以形成所述含有n型硅纳米线的PEDOT:PSS溶液。作为优选，在所述步骤4中，所述银纳米线的长度为500-800nm，所述银纳米线的直径为10-30nm，所述PEDOT:PSS/银纳米线/黑磷烯复合导电层的厚度为30-60nm。作为优选，在所述步骤5中，旋涂碳酸铯溶液的转速为2000-4000转/分钟，旋涂时间为1-3分钟，所述碳酸铯溶液的质量浓度为0.3-0.8mg/ml,旋涂氧化锌纳米颗粒悬浮液的转速为2000-3000转/分钟，旋涂时间为1-4分钟，所述氧化锌纳米颗粒悬浮液的质量浓度为0.1-0.5mg/ml。作为优选，所述正面银栅电极的厚度为100-200纳米，所述正面银栅电极中的主栅线的宽度为0.3-0.7mm，副栅线的宽度为0.05mm，相邻副栅线之间的间隔为0.95mm。作为优选，所述背面铝电极的厚度为200-300nm。本专利技术还提供了一种有机无机杂化太阳能电池，所述有机无机杂化太阳能电池为采用上述方法制备形成的有机无机杂化太阳能电池。本专利技术与现有技术相比具有下列优点：(1)本专利技术通过对n型硅片的表面缺陷态进行最大限度的修复，以得到高质量的异质结，以提高有机无机杂化太阳能电池的光电转换效率。(2)本专利技术的n型硅片表面具有硅纳米线/PEDOT:PSS复合膜，一部分PEDOT：PSS形成异质结的同时，另一部分PEDOT：PSS与n型硅纳米线形成高质量的异质结，有效提高了硅与PEDOT:PSS的接触面积，同时由于n型硅纳米线的随机排列，可以将电子有效传输至n型硅片，进而提高其光电转换效率。(3)本专利技术的硅纳米线/PEDOT:PSS复合膜表面具有PEDOT:PSS/银纳米线/黑磷烯复合导电层，利用黑磷烯使银纳米线结合点处粘合的更加紧密，从而提高其导电率，进而提高复合导电层的导电率，并通过优化银纳米线的含量和旋涂的速度，使得复合导电层保持优异导电率的同时也具有优异的透光率，而黑磷烯的存在提高了PEDOT:PSS的功函，有利于电池中载流子的分离与传输，进而提高太阳能电池的开路电压和填充因子。(4)本专利技术在背面铝电极与N型硅片之间设置了碳酸铯/氧化锌纳米颗粒复合背面界面层，氧化锌纳米颗粒具有较低的功函，当在碳酸铯/氧化锌纳米颗粒复合背面界面层上热蒸镀背面铝电极时会形成氧化铝从而进一步降低复合背面界面层的功函，可以更有效的阻挡空穴并利于电子传输，碳酸铯与氧化锌纳米颗粒的配合作用，有效降低接触电阻，增强内建电势，改善背接触以抑制电荷复合。(5)本专利技术使用简单的、低温的过程制备有机无机杂化太阳能电池，有效降低生产成本的同时得到一高光电转换效率的有机无机杂化太阳能电池。附图说明图1为本专利技术的有机无机杂化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有机无机杂化太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：(1)硅基底的清洗：将n型硅片依次在丙酮、乙醇、去离子水中超声清洗10-30分钟，并用氮气吹干，接着将吹干的n型硅片置于浓硫酸/双氧水混合溶液中，100-120℃下热处理40-60分钟，接着用去离子水冲洗n型硅片，最后利用氢氟酸去除所述n型硅片的表面的自然氧化硅层；(2)硅基底的表面钝化处理：将步骤1得到n型硅片用氮气吹干，然后浸入饱和五氯化磷的氯苯溶液中，在110℃下热处理40-60分钟，接着将n型硅片从饱和五氯化磷的氯苯溶液中取出并依次在氯苯和四氢呋喃中清洗，接着将n型硅片放置于甲基氯化镁的四氢呋喃溶液中，以在n型硅片表面形成硅-甲基钝化层；(3)硅纳米线/PEDOT:PSS复合膜的制备：在步骤2得到的n型硅片的正面旋涂含有n型硅纳米线的PEDOT:PSS溶液，转速为1000-2000转/分钟，旋涂时间为2-4分钟，然后置于氮气氛围中进行退火处理，退化温度为110-120℃，退火时间为12-20分钟，形成本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种有机无机杂化太阳能电池的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：（1）硅基底的清洗：将n型硅片依次在丙酮、乙醇、去离子水中超声清洗10‑30分钟，并用氮气吹干，接着将吹干的n型硅片置于浓硫酸/双氧水混合溶液中，100‑120℃下热处理40‑60分钟，接着用去离子水冲洗n型硅片，最后利用氢氟酸去除所述n型硅片的表面的自然氧化硅层；（2）硅基底的表面钝化处理：将步骤1得到n型硅片用氮气吹干，然后浸入饱和五氯化磷的氯苯溶液中，在110℃下热处理40‑60分钟，接着将n型硅片从饱和五氯化磷的氯苯溶液中取出并依次在氯苯和四氢呋喃中清洗，接着将n型硅片放置于甲基氯化镁的四氢呋喃溶液中，以在n型硅片表面形成硅‑甲基钝化层；（3）硅纳米线/PEDOT:PSS复合膜的制备：在步骤2得到的n型硅片的正面旋涂含有n型硅纳米线的PEDOT:PSS溶液，转速为1000‑2000转/分钟，旋涂时间为2‑4分钟，然后置于氮气氛围中进行退火处理，退化温度为110‑120℃，退火时间为12‑20分钟，形成致密的硅纳米线/PEDOT:PSS复合膜；（4）PEDOT:PSS/银纳米线/黑磷烯复合导电层的制备：在硅纳米线/PEDOT:PSS复合膜表面旋涂含有银纳米线和黑磷烯的PEDOT:PSS溶液；转速为2000‑3000转/分钟，旋涂时间为2‑5分钟，然后置于氮气氛围中进行退火处理，退化温度为110‑120℃，退火时间为15‑20分钟，形成致密的PEDOT:PSS/银纳米线/黑磷烯复合导电层；（5）背面界面层的制备：在所述n型硅片背面旋涂碳酸铯溶液，接着旋涂氧化锌纳米颗粒悬浮液，以形成碳酸铯/氧化锌纳米颗粒复合背面界面层；（6）正面银栅电极的制备：在真空环境下利用热蒸镀法，在n型硅片正面蒸镀正面银栅电极；（7）背面电极的制备：在真空环境下利用热蒸镀法，在n型硅片背面蒸镀背面铝电极。...

【技术特征摘要】
1.一种有机无机杂化太阳能电池的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：（1）硅基底的清洗：将n型硅片依次在丙酮、乙醇、去离子水中超声清洗10-30分钟，并用氮气吹干，接着将吹干的n型硅片置于浓硫酸/双氧水混合溶液中，100-120℃下热处理40-60分钟，接着用去离子水冲洗n型硅片，最后利用氢氟酸去除所述n型硅片的表面的自然氧化硅层；（2）硅基底的表面钝化处理：将步骤1得到n型硅片用氮气吹干，然后浸入饱和五氯化磷的氯苯溶液中，在110℃下热处理40-60分钟，接着将n型硅片从饱和五氯化磷的氯苯溶液中取出并依次在氯苯和四氢呋喃中清洗，接着将n型硅片放置于甲基氯化镁的四氢呋喃溶液中，以在n型硅片表面形成硅-甲基钝化层；（3）硅纳米线/PEDOT:PSS复合膜的制备：在步骤2得到的n型硅片的正面旋涂含有n型硅纳米线的PEDOT:PSS溶液，转速为1000-2000转/分钟，旋涂时间为2-4分钟，然后置于氮气氛围中进行退火处理，退化温度为110-120℃，退火时间为12-20分钟，形成致密的硅纳米线/PEDOT:PSS复合膜；（4）PEDOT:PSS/银纳米线/黑磷烯复合导电层的制备：在硅纳米线/PEDOT:PSS复合膜表面旋涂含有银纳米线和黑磷烯的PEDOT:PSS溶液；转速为2000-3000转/分钟，旋涂时间为2-5分钟，然后置于氮气氛围中进行退火处理，退化温度为110-120℃，退火时间为15-20分钟，形成致密的PEDOT:PSS/银纳米线/黑磷烯复合导电层；（5）背面界面层的制备：在所述n型硅片背面旋涂碳酸铯溶液，接着旋涂氧化锌纳米颗粒悬浮液，以形成碳酸铯/氧化锌纳米颗粒复合背面界面层；（6）正面银栅电极的制备：在真空环境下利用热蒸镀法，在n型硅片正面蒸镀正面银栅电极；（7）背面电极的制备：在真空环境下利用热蒸镀法，在n型硅片背面蒸镀背面铝电极。2.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵红英，
申请(专利权)人：佛山市宝粤美科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44