一种硅—Spiro-OMeTAD异质结光伏电池及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种硅—Spiro‑OMeTAD异质结光伏电池及其制备方法。该硅—Spiro‑OMeTAD异质结光伏电池的制备方法包括：n型硅基底的清洗；n型硅基底的表面甲基化处理；Spiro‑OMeTAD层的制备；Spiro‑OMeTAD/PEDOT:PSS复合层的制备；PEDOT:PSS层的制备；正面电极的制备；背面电极的制备，其中所述Spiro‑OMeTAD层和所述Spiro‑OMeTAD/PEDOT:PSS复合层中均含有二硒化锆纳米片和二硒化钽纳米片。该硅—Spiro‑OMeTAD异质结光伏电池中各层之间的协同作用使得其具有优异的光电转换效率。

A silicon Spiro-OMeTAD heterojunction photovoltaic cell and its preparation method

The invention relates to a silicon Spiro - OMeTAD heterojunction photovoltaic cell and a preparation method thereof. The preparation methods of the silicon Spiro OMeTAD heterojunction photovoltaic cells include the cleaning of N type silicon substrate, the surface methylation of the N type silicon substrate, the preparation of the Spiro OMeTAD layer, the preparation of the Spiro OMeTAD/PEDOT:PSS composite layer, the preparation of the PEDOT:PSS layer, the preparation of the positive electrode; the preparation of the front electrode; the preparation of the back electrode, and the Spiro Spiro of the back electrode. Both the OMeTAD layer and the Spiro OMeTAD/PEDOT:PSS composite layer contain two selenide zirconium nanosheets and two selenium tantalum nanosheets. The synergy between the layers in the silicon Spiro - OMeTAD heterojunction photovoltaic cell has excellent photoelectric conversion efficiency.

【技术实现步骤摘要】
一种硅—Spiro-OMeTAD异质结光伏电池及其制备方法
本专利技术涉及光伏电池
，特别是涉及一种硅—Spiro-OMeTAD异质结光伏电池及其制备方法。
技术介绍
随着工业的高度发展和人口的持续增长，能源问题将成为制约人类发展的关键问题。太阳能是来自于太阳内部的核聚变所蕴藏着的、并能爆发向外辐射的能量，与传统能源相比，太阳能取之不尽，用之不竭。如何充分利用太阳能，使得太阳能真正取代石化能源，成为全人类的能源消耗的最重要来源，已成为人们的研究重点。目前利用太阳能的主要方式有两种：光热转换和光电转换。光热转换最主要的代表是太阳能热水器，光电转换最好的应用方式就是太阳能电池。单晶硅太阳电池和多晶硅太阳能电池的光电转化效率优异，由于单晶硅太阳能电池和多晶太阳能电池的制备工艺复杂繁琐使得他们的成本居高不下，非晶硅薄膜太阳电池的光电转换效率随光照时间增加而衰减的问题一直未得到妥善解决。有机无机杂化的硅异质结太阳能电池由于制备工艺简单而引起了人们的广泛关注，然而现有的有机无机杂化硅异质结太阳能电池的光电转换效率较低。
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，提供一种硅—Spiro-OMeTAD异质结光伏电池及其制备方法。为实现上述目的，本专利技术提出的一种硅—Spiro-OMeTAD异质结光伏电池的制备方法，包括以下步骤：(1)n型硅基底的清洗；(2)n型硅基底的表面钝化处理；(3)Spiro-OMeTAD层的制备：在步骤(2)得到的n型硅基底的正面旋涂含有二硒化锆纳米片、二硒化钽纳米片以及Spiro-OMeTAD的混合溶液，旋涂的转速为2000-3000转/分钟，然后进行退火处理，形成所述Spiro-OMeTAD层；(4)Spiro-OMeTAD/PEDOT:PSS复合层的制备：在所述Spiro-OMeTAD层表面依次旋涂含有二硒化锆纳米片、二硒化钽纳米片以及Spiro-OMeTAD的混合溶液以及PEDOT:PSS溶液，旋涂的速度均为3500-4000转/分钟，然后进行退火处理，形成所述Spiro-OMeTAD/PEDOT:PSS复合层；(5)PEDOT:PSS层的制备：在所述Spiro-OMeTAD/PEDOT:PSS复合层表面旋涂PEDOT：PSS溶液，旋涂的速度为2000-2500转/分钟，然后进行退火处理，形成所述PEDOT:PSS层；(6)正面电极的制备；(7)背面电极的制备；其中所述步骤(3)和(4)中的所述混合溶液中二硒化锆纳米片的浓度为0.1-0.5mg/ml，二硒化钽纳米片纳米片的浓度为0.1-0.5mg/ml，Spiro-OMeTAD的浓度为10-15mg/ml，所述步骤(4)和(5)中的所述PEDOT:PSS溶液中PEDOT:PSS的浓度为8-12mg/ml。作为优选，在所述步骤(1)中n型硅基底的清洗包括：将n型硅基底依次在丙酮、乙醇、去离子水中进行超声清洗，然后用氮气吹干备用。作为优选，在所述步骤(2)中n型硅基底的表面钝化处理包括：对n型硅基底进行甲基化处理，形成Si-CH3键以钝化硅表面。作为优选，所述步骤(3)中的退火处理的退火温度为100-110℃以及退火时间为10-20分钟；所述步骤(4)中的退火处理的退火温度为90-100℃，退火时间5-10分钟；所述步骤(5)中的退火处理的退火温度为110-120℃，退火时间10-20分钟。作为优选，在所述步骤(6)中的所述正面电极为银栅电极，所述正面电极的厚度为100-150纳米。作为优选，在所述步骤(7)中的所述背面电极为铝电极，所述背面电极的厚度为200-300纳米。本专利技术还提供了一种硅—Spiro-OMeTAD异质结光伏电池，所述硅—Spiro-OMeTAD异质结光伏电池为采用上述方法制备形成的一种硅—Spiro-OMeTAD异质结光伏电池。本专利技术与现有技术相比具有下列优点：本专利技术的硅—Spiro-OMeTAD异质结光伏电池中，Spiro-OMeTAD层中含有二硒化锆纳米片和二硒化钽纳米片，可以调节Si/Spiro-OMeTAD异质结之间的接触性能，提高内建电场，同时改善Spiro-OMeTAD层的电导率，便于电子空穴对的分离与传输，提高了硅—Spiro-OMeTAD异质结光伏电池的开路电压。在Spiro-OMeTAD层与PEDOT:PSS层之间具有一层Spiro-OMeTAD/PEDOT:PSS复合层，该复合层通过依次旋涂含有二硒化锆纳米片、二硒化钽纳米片以及Spiro-OMeTAD的混合溶液以及PEDOT:PSS溶液，然后共同退火形成，在退火过程中二硒化锆纳米片、二硒化钽纳米片、Spiro-OMeTAD以及PEDOT:PSS相互混合形成均匀致密的复合层，改善了Spiro-OMeTAD层与PEDOT:PSS层之间的接触性能，使得Spiro-OMeTAD层中的空穴可以迅速通过复合层传输至PEDOT:PSS层，进而被正面电极收集，提高了硅—Spiro-OMeTAD异质结光伏电池的短路电流和填充因子，使得其可以稳定高效的进行光电转换，通过优化各步骤的具体工艺参数，使得该硅—Spiro-OMeTAD异质结光伏电池的光电转换效率高达13.7％。附图说明图1为本专利技术的硅—Spiro-OMeTAD异质结光伏电池的结构示意图。具体实施方式本专利技术具体实施例提出的一种硅—Spiro-OMeTAD异质结光伏电池的制备方法，包括以下步骤：(1)n型硅基底的清洗；(2)n型硅基底的表面钝化处理；(3)Spiro-OMeTAD层的制备：在步骤(2)得到的n型硅基底的正面旋涂含有二硒化锆纳米片、二硒化钽纳米片以及Spiro-OMeTAD的混合溶液，旋涂的转速为2000-3000转/分钟，然后进行退火处理，形成所述Spiro-OMeTAD层；(4)Spiro-OMeTAD/PEDOT:PSS复合层的制备：在所述Spiro-OMeTAD层表面依次旋涂含有二硒化锆纳米片、二硒化钽纳米片以及Spiro-OMeTAD的混合溶液以及PEDOT:PSS溶液，旋涂的速度均为3500-4000转/分钟，然后进行退火处理，形成所述Spiro-OMeTAD/PEDOT:PSS复合层；(5)PEDOT:PSS层的制备：在所述Spiro-OMeTAD/PEDOT:PSS复合层表面旋涂PEDOT：PSS溶液，旋涂的速度为2000-2500转/分钟，然后进行退火处理，形成所述PEDOT:PSS层；(6)正面电极的制备；(7)背面电极的制备；其中所述步骤(3)和(4)中的所述混合溶液中二硒化锆纳米片的浓度为0.1-0.5mg/ml，二硒化钽纳米片纳米片的浓度为0.1-0.5mg/ml，Spiro-OMeTAD的浓度为10-15mg/ml，所述步骤(4)和(5)中的所述PEDOT:PSS溶液中PEDOT:PSS的浓度为8-12mg/ml。其中，在所述步骤(1)中n型硅基底的清洗包括：将n型硅基底依次在丙酮、乙醇、去离子水中进行超声清洗，然后用氮气吹干备用。在所述步骤(2)中n型硅基底的表面钝化处理包括：对n型硅基底进行甲基化处理，形成Si-CH3键以钝化硅表面。所述步骤(3)中的退火处理的退火温度为100-110℃以及退火时间为10-20分钟；所述步骤(4)中的退火处理本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种硅—Spiro‑OMeTAD异质结光伏电池的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)n型硅基底的清洗；(2)n型硅基底的表面钝化处理；(3)Spiro‑OMeTAD层的制备：在步骤(2)得到的n型硅基底的正面旋涂含有二硒化锆纳米片、二硒化钽纳米片以及Spiro‑OMeTAD的混合溶液，旋涂的转速为2000‑3000转/分钟，然后进行退火处理，形成所述Spiro‑OMeTAD层；(4)Spiro‑OMeTAD/PEDOT:PSS复合层的制备：在所述Spiro‑OMeTAD层表面依次旋涂含有二硒化锆纳米片、二硒化钽纳米片以及Spiro‑OMeTAD的混合溶液以及PEDOT:PSS溶液，旋涂的速度均为3500‑4000转/分钟，然后进行退火处理，形成所述Spiro‑OMeTAD/PEDOT:PSS复合层；(5)PEDOT:PSS层的制备：在所述Spiro‑OMeTAD/PEDOT:PSS复合层表面旋涂PEDOT：PSS溶液，旋涂的速度为2000‑2500转/分钟，然后进行退火处理，形成所述PEDOT:PSS层；(6)正面电极的制备；(7)背面电极的制备；其中所述步骤(3)和(4)中的所述混合溶液中二硒化锆纳米片的浓度为0.1‑0.5mg/ml，二硒化钽纳米片纳米片的浓度为0.1‑0.5mg/ml，Spiro‑OMeTAD的浓度为10‑15mg/ml，所述步骤(4)和(5)中的所述PEDOT:PSS溶液中PEDOT:PSS的浓度为8‑12mg/ml。...

【技术特征摘要】
1.一种硅—Spiro-OMeTAD异质结光伏电池的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)n型硅基底的清洗；(2)n型硅基底的表面钝化处理；(3)Spiro-OMeTAD层的制备：在步骤(2)得到的n型硅基底的正面旋涂含有二硒化锆纳米片、二硒化钽纳米片以及Spiro-OMeTAD的混合溶液，旋涂的转速为2000-3000转/分钟，然后进行退火处理，形成所述Spiro-OMeTAD层；(4)Spiro-OMeTAD/PEDOT:PSS复合层的制备：在所述Spiro-OMeTAD层表面依次旋涂含有二硒化锆纳米片、二硒化钽纳米片以及Spiro-OMeTAD的混合溶液以及PEDOT:PSS溶液，旋涂的速度均为3500-4000转/分钟，然后进行退火处理，形成所述Spiro-OMeTAD/PEDOT:PSS复合层；(5)PEDOT:PSS层的制备：在所述Spiro-OMeTAD/PEDOT:PSS复合层表面旋涂PEDOT：PSS溶液，旋涂的速度为2000-2500转/分钟，然后进行退火处理，形成所述PEDOT:PSS层；(6)正面电极的制备；(7)背面电极的制备；其中所述步骤(3)和(4)中的所述混合溶液中二硒化锆纳米片的浓度为0.1-0.5mg/ml，二硒化钽纳米片纳米片的浓度为0.1-0.5mg/ml，Spiro-OMeTAD的浓度为10-15mg/ml，所述步骤(4)和(5)中的所述PEDOT:PSS溶液中PEDOT:PSS的浓度为8-12mg/ml。2...

【专利技术属性】
技术研发人员：张军，
申请(专利权)人：苏州宝澜环保科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32