一种黑硅太阳能电池及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种黑硅太阳能电池及其制备方法，所述黑硅太阳能电池的制备方法包括：n型硅片表面黑硅层的制备；黑硅层表面的钝化处理；硼掺杂石墨烯/Spiro‑OMeTAD复合活性层的制备；n型硅片背面ZnO/PEI复合插入层的制备；ITO透明导电层的制备；正面电极的制备；背面电极的制备。通过制备硼掺杂石墨烯/Spiro‑OMeTAD复合活性层，改善复合活性层与黑硅层之间的半导体接触性能，进而提高黑硅太阳能电池的光电转换效率。 1

A black silicon solar cell and its preparation method

The invention relates to a black silicon solar cell and a preparation method. The preparation method of the black silicon solar cell includes the preparation of the black silicon layer on the surface of the N type silicon chip, the passivation treatment on the surface of the black silicon layer, the preparation of the composite active layer of the boron doped graphene /Spiro OMeTAD, the preparation of the ZnO/PEI composite insert layer on the back of the N type silicon wafer; ITO Preparation of transparent conductive layer; preparation of front electrode; preparation of back electrode. Through the preparation of boron doped graphene /Spiro OMeTAD composite active layer, the semiconductor contact property between the composite active layer and the black silicon layer is improved, and the photoelectric conversion efficiency of the black silicon solar cell is improved. One

【技术实现步骤摘要】
一种黑硅太阳能电池及其制备方法
本专利技术涉及太阳能电池
，特别是涉及一种黑硅太阳能电池及其制备方法。
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。目前通常利用太阳能电池将光能转换为电能。其中，基于无机半导体材料和有机半导体材料的杂化太阳能电池越来越引起人们的关注，有机无机杂化太阳能电池提供了一种既可以简化制备工艺又可以降低生产成本的工艺技术。在实际的制备过程中，硅片与有机半导体材料的接触性能是影响其光电转换效率的关键因素。
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，提供一种黑硅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黑硅太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：(1)n型硅片表面黑硅层的制备；(2)黑硅层表面的钝化处理；(3)硼掺杂石墨烯/Spiro-OMeTAD复合活性层的制备，其包括：步骤3a，通过湿法转移法将硼掺杂石墨烯转移至黑硅层表面，步骤3b，接着旋涂Spiro-OMeTAD溶液，多次重复交替执行所述步骤3a和所述步骤3b，然后进行退火处理，以形成所述硼掺杂石墨烯/Spiro-OMeTAD复合活性层；(4)n型硅片背面ZnO/PEI复合插入层的制备；(5)在所述硼掺杂石墨烯/Spiro-OMeTAD复合活性层的表面制备ITO透明导电层；(6)正面电极的制备；(7)背面电极的制备。作为优选，在所述步骤(1)中通过湿法刻蚀或干法刻蚀在n型硅片表面形成黑硅层。作为优选，在所述步骤(2)中对所述黑硅层进行甲基化处理，形成Si-CH3键以钝化所述黑硅层。作为优选，在所述步骤(3)中，重复交替执行所述步骤3a和所述步骤3b的次数为2-5次。作为优选，在所述步骤3a中通过化学气相沉积法制备硼掺杂石墨烯，在所述步骤3b中Spiro-OMeTAD溶液中Spiro-OMeTAD的浓度为5-10mg/ml，旋涂的具体工艺为：在3000-4000转/每分钟的条件下旋涂1-5分钟。作为优选，所述退火处理的具体工艺为：在氮气气氛中，退火温度为100-120℃以及退火时间为20-30分钟。作为优选，在所述步骤(4)中，在n型硅片背面依次旋涂ZnO纳米颗粒悬浮液和PEI溶液，其中，ZnO纳米颗粒悬浮液中ZnO的浓度为1-3mg/ml，PEI溶液中PEI的浓度为0.5-1.5mg/ml，旋涂的速度均为4000-6000转/分钟，接着在110-130℃下进行退火20-30min的退火处理，以形成所述ZnO/PEI复合插入层。作为优选，在所述步骤(5)中，通过磁控溅射法形成所述ITO透明导电层，所述ITO透明导电层的厚度为150-250纳米。作为优选，在所述步骤(6)和(7)中，通过真空蒸镀法形成所述正面电极和所述背面电极，所述正面电极为栅电极，所述背面电极覆盖所述n型硅片的整个背表面，所述正面电极和所述背面电极的材质为钛、钯、银、铜、铝中的一种或多种。本专利技术还提供了一种黑硅太阳能电池，所述黑硅太阳能电池为采用上述方法制备形成的黑硅太阳能电池。本专利技术与现有技术相比具有下列优点：本专利技术的黑硅太阳能电池中，采用硼掺杂石墨烯/Spiro-OMeTAD复合层作为该黑硅太阳能电池的活性层，即黑硅层的一部分与硼掺杂石墨烯接触形成异质结，黑硅层的另一部分与Spiro-OMeTAD接触形成异质结，充分利用两者的优势，提高黑硅太阳能电池的异质结界面面积，进而有利于电子空穴对的分离与传输。同时在硼掺杂石墨烯/Spiro-OMeTAD复合活性层的表面形成ITO透明导电层并在硅片背面形成ZnO/PEI复合插入层，有效提高空穴的传输速度，且调节背面金属电极的功函数，便于电子的传输且有效避免空穴在硅衬底背面与电子相复合。利用本专利技术的方法形成硼掺杂石墨烯/Spiro-OMeTAD复合活性层的过程中，在黑硅层表面交替制备硼掺杂石墨烯层和Spiro-OMeTAD层，并优化交替的次数，且通过退火处理使得硼掺杂石墨烯和Spiro-OMeTAD相互混合在一起形成均匀的体异质结，有效提高复合活性层的质量，且通过在硅片背面通过溶液法制备ZnO/PEI复合插入层，且通过优化各步骤的工艺参数，有效改善背面电极与硅片之间的接触性能，提高硅光伏电池的光电转换效率。附图说明图1为本专利技术的黑硅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黑硅太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：(1)n型硅片表面黑硅层的制备；(2)黑硅层表面的钝化处理；(3)硼掺杂石墨烯/Spiro-OMeTAD复合活性层的制备，其包括：步骤3a，通过湿法转移法将硼掺杂石墨烯转移至黑硅层表面，步骤3b，接着旋涂Spiro-OMeTAD溶液，多次重复交替执行所述步骤3a和所述步骤3b，然后进行退火处理，以形成所述硼掺杂石墨烯/Spiro-OMeTAD复合活性层；(4)n型硅片背面ZnO/PEI复合插入层的制备；(5)在所述硼掺杂石墨烯/Spiro-OMeTAD复合活性层的表面制备ITO透明导电层；(6)正面电极的制备；(7)背面电极的制备。其中，在所述步骤(1)中通过湿法刻蚀或干法刻蚀在n型硅片表面形成黑硅层。在所述步骤(2)中对所述黑硅层进行甲基化处理，形成Si-CH3键以钝化所述黑硅层。在所述步骤(3)中，重复交替执行所述步骤3a和所述步骤3b的次数为2-5次。在所述步骤3a中通过化学气相沉积法制备硼掺杂石墨烯，在所述步骤3b中Spiro-OMeTAD溶液中Spiro-OMeTAD的浓度为5-10mg/ml，旋涂的具体工艺为：在3000-4000转/每分钟的条件下旋涂1-5分钟。所述退火处理的具体工艺为：在氮气气氛中，退火温度为100-120℃以及退火时间为20-30分钟。在所述步骤(4)中，在n型硅片背面依次旋涂ZnO纳米颗粒悬浮液和PEI溶液，其中，ZnO纳米颗粒悬浮液中ZnO的浓度为1-3mg/ml，PEI溶液中PEI的浓度为0.5-1.5mg/ml，旋涂的速度均为4000-6000转/分钟，接着在110-130℃下进行退火20-30min的退火处理，以形成所述ZnO/PEI复合插入层。在所述步骤(5)中，通过磁控溅射法形成所述ITO透明导电层，所述ITO透明导电层的厚度为150-250纳米。在所述步骤(6)和(7)中，通过真空蒸镀法形成所述正面电极和所述背面电极，所述正面电极为栅电极，所述背面电极覆盖所述n型硅片的整个背表面，所述正面电极和所述背面电极的材质为钛、钯、银、铜、铝中的一种或多种。如图1所示，本专利技术根据上述方法制备的黑硅太阳能电池，所述黑硅太阳能电池从下至上包括背面电极1、ZnO/PEI复合插入层2、n型硅片3、黑硅层4、硼掺杂石墨烯/Spiro-OMeTAD复合活性层5、ITO透明导电层6以及正面电极7。实施例1：一种黑硅太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：(1)n型硅片表面黑硅层的制备；(2)黑硅层表面的钝化处理；(3)硼掺杂石墨烯/Spiro-OMeTAD复合活性层的制备，其包括：步骤3a，通本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种黑硅太阳能电池的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

【技术特征摘要】
1.一种黑硅太阳能电池的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)n型硅片表面黑硅层的制备；(2)黑硅层表面的钝化处理；(3)硼掺杂石墨烯/Spiro-OMeTAD复合活性层的制备，其包括：步骤3a，通过湿法转移法将硼掺杂石墨烯转移至黑硅层表面，步骤3b，接着旋涂Spiro-OMeTAD溶液，多次重复交替执行所述步骤3a和所述步骤3b，然后进行退火处理，以形成所述硼掺杂石墨烯/Spiro-OMeTAD复合活性层；(4)n型硅片背面ZnO/PEI复合插入层的制备；(5)在所述硼掺杂石墨烯/Spiro-OMeTAD复合活性层的表面制备ITO透明导电层；(6)正面电极的制备；(7)背面电极的制备。2.根据权利要求1所述的黑硅太阳能电池的制备方法，其特征在于：在所述步骤(1)中通过湿法刻蚀或干法刻蚀在n型硅片表面形成黑硅层。3.根据权利要求1所述的黑硅太阳能电池的制备方法，其特征在于：在所述步骤(2)中对所述黑硅层进行甲基化处理，形成Si-CH3键以钝化所述黑硅层。4.根据权利要求1所述的黑硅太阳能电池的制备方法，其特征在于：在所述步骤(3)中，重复交替执行所述步骤3a和所述步骤3b的次数为2-5次。5.根据权利要求4所述的黑硅太阳能电池的制备方法，其特征在于：在所述步骤3a中通过化学气相沉积法制备硼掺杂石墨烯，在所述步骤3b中Spiro-OMeTAD溶液中Spiro-...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡进，蔡赛，
申请(专利权)人：苏州亿拓光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32