一种柔性硅基薄膜太阳能电池及其制备制造技术

本发明专利技术公开了一种新型结构的硅基薄膜太阳能电池结构及其制备方法,属于太阳能电池技术领域。技术方案是：①在柔性衬底上沉积高温银膜(Ag)；②在Ag上制备掺铝氧化锌膜(AZO)，③在AZO上制备n型硅薄膜层；④在n型硅薄膜层上沉积本征型i层硅薄膜层；⑤在本征层硅薄膜上沉积p型薄膜掺杂层；⑥在P型薄膜掺杂层上采用喷枪喷涂导电金属膜，然后放进烘箱，将导电液体膜中的有机试剂蒸发掉，使导电油墨代替传统电池结构的TCO薄膜电极。通过p型硅薄膜掺杂层与导电膜之间形成内建电场，从而形成一种新型结构的薄膜太阳能电池。

A Flexible Silicon-based Thin Film Solar Cell and Its Fabrication

The invention discloses a novel silicon-based thin film solar cell structure and a preparation method thereof, belonging to the technical field of solar cells. The technical schemes are as follows: (1) depositing high temperature silver film on flexible substrates; (2) preparing Aluminium-doped zinc oxide film on Ag; (3) preparing n-type silicon film on AZO; (4) depositing intrinsic i-layer silicon film on n-type silicon film; (5) depositing p-type film doping layer on intrinsic silicon film; (5) spraying conductive metal film on P-type film doping layer, and then putting it into oven to conduct. The organic reagents in the electro-liquid membrane evaporated, so that the conductive ink replaced the traditional TCO film electrode of battery structure. A new type of thin film solar cell is formed by the built-in electric field formed between the doped p-type silicon film and the conductive film.

【技术实现步骤摘要】
一种柔性硅基薄膜太阳能电池及其制备
本专利技术属于太阳能电池领域，是一种新型的柔性衬底/Ag/AZO/n/i/p/导电金属浆喷涂法制备的的柔性硅薄膜太阳能电池及其制备方法。
技术介绍
太阳能电池作为新能源对解决能源危机及环境污染具有重要的战略意义，而硅基薄膜太阳能电池因其制备工艺简单，耗能低等优势得到了广泛的关注。当前钢化玻璃装饰建筑物的方式极为普遍，而将太阳能电池板应用在这一领域得到广泛关注，这推动了光伏建筑一体化的发展。柔性薄膜太阳能电池由于其低成本，高功质比，较好的柔性以及具有发电的功能无疑是最佳选择。当前，硅基薄膜太阳能电池均采用钢化玻璃为衬底，电池结构则采用pin结构，由p层和n层作为电极，构建内建电场，其制备工艺相对复杂，工艺条件要求较高，衬底的不可卷曲性限制了薄膜电池与建筑结合一体化的发展。本专利技术利用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)方法，在柔性衬底上制备非晶硅基薄膜太阳能电池，其结构为柔性衬底/Ag/AZO/n/i/p/导电金属浆/采用喷涂法制备的电极，仅仅利用p层和喷涂法制备的电极构建内建电场，得到合乎规格的电池，这一方法无疑简化了电池的结构，在一定程度上降低了电池的生产成本，缩短了电池的制备工时，保持了电池的效率，同时拓宽了电池的应用范围。
技术实现思路
本专利技术提出了一种新型结构的柔性硅基薄膜太阳能电池，结构为柔性衬底/Ag/AZO/n/i/p/导电金属层。不同于传统TCO玻璃结构的太阳能电池pin的结构，其中采用柔性衬底，和nip的结构，替代了传统采用溅射或者热蒸发制备的金属氧化层，在不损害电池性能的同时，一方面提高了电池的柔性，另一方面省去了溅射或者热蒸发这些步骤，缩短了工时，降低了成本。本专利技术的技术方案如下：(1)在不锈钢柔性衬底或者高分子衬底上高温蒸发法沉积Ag背电极层，磁控溅射法制备AZO；(2)以SiH4、H2为反应气体，以PH3为掺杂气体，在AZO上沉积n型硅薄膜层；所使用的方法是PECVD(等离子体增强型化学气相沉积)；(3)以SiH4、H2为反应气体，在n型硅薄膜层上制备硅本征薄膜层；所使用的方法是PECVD(等离子体增强型化学气相沉积)；(4)以SiH4、H2为反应气体，以B2H6，或者TMB，或者BF3为掺杂气体，沉积p型硅薄膜掺杂层，所使用的方法是PECVD(等离子体增强型化学气相沉积)；(5)在之后的p型硅薄膜掺杂层上，代替传统的沉积透明导电薄膜TCO的方法，如ITO(所使用的方法为热蒸发、电子束蒸发，或者溅射)，BZO(所使用的方法为低压化学气相沉积)，AZO(所使用的方法为溅射)。透明导电薄膜TCO，如ITO(所使用的方法为热蒸发、电子束蒸发，或者溅射)，BZO(所使用的方法为低压化学气相沉积)，AZO(所使用的方法为溅射)，而是采用喷枪喷涂的方法将导电金属膜喷涂到p型硅薄膜层上，然后放入烘箱中，在80～100℃加热20分钟即可；使导电浆料代替传统电池结构的TCO薄膜电极。导电金属浆喷涂制备的电极层的导电金属浆组成为导电油墨、导电银浆或导电Au浆；其是在纳米银线基础上，由公司(例如珠海纳金科技公司，韩国FP公司、曼纳米科技有限公司，或苏州冷石纳米材料科技有限公司等公司)研发的具有低导电性能的水性体系，粘度100～800mPa·S；掺铝的氧化锌，三氧化二铝和氧化锌的质量比在2:98～3:98。本专利技术采用廉价的导电金属浆用喷枪喷涂的方法制备电极层，而不是溅射、化学气相沉积或者别的需要高成本的设备和靶材投入的方法。本专利技术的优点和积极效果：本专利技术制备的柔性硅基薄膜太阳能电池的内建电场是由n型硅薄膜掺杂层和p型硅薄膜层组件的，导电金属层代替了传统方法制备的AZO膜。使用本专利技术的柔性硅基薄膜太阳能电池具备以下优势：1)本专利技术的代替了制备硅基薄膜太阳能电池中传统方法制备的的TCO层，本专利技术的柔性薄膜硅基薄膜太阳能电池没有沉积TCO电极，节约了电池的电极制备所用的低电阻的铟锡原材料，也不用复杂的设备，减少了电池制备投入的设备成本，节约了电池制备所用的原材料，降低了生产成本；本专利技术的硅基薄膜太阳能电池没有制备TCO电极这一工艺环节，减少了生产时间，提高了生产产能；2)本专利技术的采用喷枪喷涂导电金属层这一工艺环节，减少了生产时间，提高了生产产能；3)本专利技术制备的导电金属层可以通过蒸镀一些氧化层，实施例1中采用电子束蒸发法制备了MoO3氧化层，氧化钼的纯度99.99％，蒸镀温度，150℃蒸镀2～6min,厚度在2～10nm,来调配与各种太阳能电池表面的功函，从而能够拓宽到其他类型太阳能电池表面的匹配程度，从而保持了电池的高的性能。4)本专利技术采用的硅基薄膜太阳能电池使用喷涂枪喷涂的导电层，方块电阻也很小，使得电池在没有昂贵的氧化铟锡材料的情况下，仍然具有好的电池性能。附图说明图1为新型结构硅基薄膜太阳能电池的结构图；图2为制备新型结构硅基薄膜太阳能电池的流程图；图3为实施例1中新型结构导电油墨按照电池制备过程中使用的方法喷涂到FTO表面，并进行紫外可见近红外测试的透过结果图；图4为实施例1中新型结构硅基薄膜太阳能电池的I-V曲线图之一；图5为实施例1中新型结构硅基薄膜太阳能电池的I-V曲线图之二。具体实施方式下面结合具体实施例，进一步说明本专利技术的具体实现方法，但本专利技术并不限于这些具体实施例。实施例1下面结合附图1、附图2、附图3，通过实施例对本专利技术作进一步说明。实施例1新型电池的制备工艺如下：1.对购买的30微米厚片状不锈钢衬底1进行清洗，清洗方法是超声波清洗，清洗溶液依次为中性溶液(主要是由碱组成，乳化剂用于清除油渍，使用国药的op-10，量取8～10mL,然后秤取碳酸钾和KOH，碳酸钾的浓度在1～5mol/L,在此3mol/L,KOH的浓度也在1～5mol/L,在此3mol/L)，溶剂采用去离子水配置，溶液清洗时间为30分钟，然后用去离子水清洗30分钟；2.在清洗后的不锈钢衬底上采用热蒸发的方法，在255℃下制备高温银层2，厚度250nm；在室温下，利用掺铝氧化锌靶材，采用磁控溅射方法制备AZO层3，厚度60nm；然后采用等离子体增强型化学气相沉积硅薄膜：n型硅薄膜，掺杂PH3的SiH4在高温240℃下反应，反应过程是通过气体流量进行掺杂控制，PH3:SiH4的比例是1:3,功率30W,沉积时间600s,压强在1000mtorr.厚度60nm(4)，本征非晶硅薄膜层，厚度250nm，温度260℃，功率40W，压强1500mtorr，SiH4和氢气流量比1:3，沉积时间1400S。(5)p型硅薄膜层，反应过程是通过控制B2H6与SiH4的气体流量比，流量比2:6，沉积温度150℃，功率是35W，沉积时间60S，沉积压强是2500mtorr，厚度35nm。(6)然后采用喷枪喷涂导电油墨层厚度40nm，并进行加热，90℃加热20分钟即可。为了检测透明导电薄膜在光谱范围内的透光性，我们进行在清洗好的透光FTO表面喷涂了一层透明导电薄膜在200～1200nm范围进行检测，将导电油墨喷涂到FTO上，FTO是镀有一层导电薄膜的玻璃，将喷有导电油墨的FTO去检测导电油墨的透过，发现导电油墨具有很好的透过性，在700～1000nm还具有增透的作用，因为可以用于透明硅基薄膜太阳能电池本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种柔性硅基薄膜太阳能电池，其特征在于：其为采用柔性衬底(Ag/AZO/n/i/p/导电油墨)的硅基薄膜太阳能电池的结构，从下至上依次包括：衬底(1)、高温银层(2)、掺锌氧化铝层(3)、n型硅薄膜掺杂层(4)，本征硅薄膜层i(5)、p型硅薄膜掺杂层(6)、导电金属浆喷涂制备的电极层(7)。

【技术特征摘要】
1.一种柔性硅基薄膜太阳能电池，其特征在于：其为采用柔性衬底(Ag/AZO/n/i/p/导电油墨)的硅基薄膜太阳能电池的结构，从下至上依次包括：衬底(1)、高温银层(2)、掺锌氧化铝层(3)、n型硅薄膜掺杂层(4)，本征硅薄膜层i(5)、p型硅薄膜掺杂层(6)、导电金属浆喷涂制备的电极层(7)。2.按照权利要求1所述的电池，其特征在于：(2)高温银层厚度在200～300纳米，(3)掺铝氧化锌厚度在50～100nm，(4)n型硅薄膜掺杂层50～70nm，(5)本征硅薄膜层厚度在200～300nm，(6)p型硅薄膜掺杂层在20～40nm，(7)导电金属浆喷涂制备的电极层40～50nm。3.按照权利要求1所述的电池，其特征在于：硅基柔性薄膜太阳能电池中的衬底包括但不仅限于片状不锈钢衬底或高分子膜衬底等柔性薄膜。4.按照权利要求1所述的电池，其特征在于：导电金属浆喷涂制备的电极层(7)的导电金属浆组成为导电油墨、导电银浆或导电Au浆；在纳米银线基础上制备的具有低导电性能的水性体系，粘度100～800mPa·S；掺铝的氧化锌，三氧化二铝和氧化锌的质量比在2:98～3:98。5.一种权利要求1－4任一所述电池的制备方法，其特征在于：高温银层(2)是通过245～260℃热蒸发的方法沉积于衬底(1)上；掺铝氧化锌...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘生忠，张豆豆，王辉，曹越先，秦炜，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁,21