一种新型杂化光伏电池及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种新型杂化光伏电池及其制备方法，该方法包括以下步骤：在N型硅片的上下表面形成多个平行排列且间隔设置的第一沟槽和第二沟槽，且所述第一沟槽与相应的所述第二沟槽在垂直方向上部分重叠；在所述N型硅片的上表面、所述第一沟槽的底面以及侧面形成硅纳米线阵列；在所述N型硅片的下表面的每个第二沟槽中形成N型重掺杂磷扩散区；在所述N型硅片的上表面形成致密的P3HT层、复合导电层以及正面栅电极；在所述N型硅片的下表面制备背面电极。

【技术实现步骤摘要】
一种新型杂化光伏电池及其制备方法
本专利技术涉及光伏电池
，特别是涉及一种新型杂化光伏电池及其制备方法。
技术介绍
由于单晶硅具有资源丰富、无毒、吸光能力强等优势，而成为商业化太阳能电池制作的主要原料。单晶硅太阳能电池的光电转换效率很高，但是在其生产中需要纯度较高的硅片、需要高达1000摄氏度的高温退火过程、环境污染较为严重的刻蚀工艺以及其它复杂的制作过程，导致该类晶硅电池的制造成本较高，且制造过程还有造成环境的风险。随着太阳能电池行业的发展，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其生产成本，然而有机太阳能电池的效率远低于单晶硅电池，虽然经过长时间的发展，有机太阳能电池依然没有显著的提高，无法代替常规的晶硅太阳能电池。因此基于无机硅材料和有机半导体的有机无机杂化太阳能电池越来越受到人们的关注，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。在有机无机杂化太阳能电池中，硅不但作为主要的吸光层还作为光生载流子的产生和传输层，而有机半导体只作为电荷传输层，有机无机杂化太阳能电池的界面结构是该类电池性能的主要影响因素之一。
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，提供一种新型杂化光伏电池及其制备方法。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种新型杂化光伏电池的制备方法，包括以下步骤：1)提供一N型硅片，清洗所述N型硅片，接着在所述N型硅片的上表面形成多个平行排列且间隔设置的第一沟槽，接着在所述N型单晶硅片的下表面形成多个平行排列且间隔设置的第二沟槽，所述第一沟槽和所述第二沟槽的截面均为等腰梯形，多个所述第一沟槽和多个所述第二沟槽分别一一对应，且所述第一沟槽与相应的所述第二沟槽在垂直方向上部分重叠，所述第一沟槽的底面与相应的所述第二沟槽的底面之间的厚度为100-200微米，所述第一沟槽的底面与相应的所述第二沟槽的底面在垂直方向上的重叠部分的宽度与所述第一矩形凹槽的底面的宽度的比值为0.35-0.7。2)接着利用金属离子辅助溶液刻蚀法对所述N型硅片的上表面进行刻蚀，以在所述N型硅片的上表面、所述第一沟槽的底面以及侧面形成硅纳米线阵列。3)接着对所述N型硅片依次进行电镀硫化处理，以钝化所述N型硅片。4)接着利用掩膜对所述N型硅片的下表面进行磷扩散工艺，以在所述N型硅片的下表面的每个第二沟槽中形成N型重掺杂磷扩散区。5)接着在所述N型硅片的上表面旋涂含有P3HT的第一氯苯溶液，所述第一氯苯溶液中所述P3HT的浓度为0.3-0.6mg/ml，然后进行第一次退火处理。6)接着在所述N型硅片的上表面旋涂含有P3HT和银纳米颗粒的第二氯苯溶液，所述第二氯苯溶液中所述P3HT的浓度为0.5-1mg/ml，所述银纳米颗粒的浓度为0.05-0.15mg/ml，然后进行第二次退火处理。7)接着在所述N型硅片的上表面旋涂含有P3HT和银纳米颗粒的第三氯苯溶液，所述第三氯苯溶液中所述P3HT的浓度为0.8-1.5mg/ml，所述银纳米颗粒的浓度为0.1-0.2mg/ml，然后进行第三次退火处理。8)接着在所述N型硅片的上表面旋涂含有P3HT和银纳米颗粒的第四氯苯溶液，所述第四氯苯溶液中所述P3HT的浓度为0.5-0.8mg/ml，所述银纳米颗粒的浓度为0.15-0.25mg/ml，然后进行第四次退火处理。9)接着在所述N型硅片的上表面旋涂含有P3HT和银纳米颗粒的第五氯苯溶液，所述第五氯苯溶液中所述P3HT的浓度为0.2-0.5mg/ml，所述银纳米颗粒的浓度为0.2-0.3mg/ml，然后进行第五次退火处理。10)接着在所述N型单晶硅片的上表面多次交替旋涂含有银纳米线的溶液以及含有石墨烯的溶液，然后进行第六次退火处理，形成一复合导电层。11)接着在所述N型单晶硅片的上表面制备正面栅电极。12)接着在所述N型单晶硅片的下表面制备背面电极。作为优选，在所述步骤(1)中，所述第一沟槽的倾斜侧面与所述N型单晶硅片的上表面的夹角为45°-60°，所述第一沟槽的底面的宽度为3-4毫米，所述第一沟槽的深度150-180微米，相邻所述第一沟槽之间的间距为4-5毫米，所述第二沟槽的底面的宽度与所述第一沟槽的底面的宽度相同，所述第二沟槽的深度为20-30微米。作为优选，在所述步骤(2)中，所述硅纳米线阵列中硅纳米线直径为50-120纳米，相邻所述硅纳米线的间距150-300纳米，所述硅纳米的长度为1-2微米。作为优选，在所述步骤(4)中，所述N型单晶硅片的掺杂浓度为8×1017-3×1019cm-3，所述N型重掺杂磷扩散区的掺杂浓度为5×1018-5×1020cm-3。作为优选，在所述步骤(5-9)中，旋涂的转速均为3500-4500转/分钟，旋涂的时间均为1-3分钟，所述第一、第二、第三、第四、第五退火处理的温度均为140-160℃，所述第一退火处理的时间为2-5分钟，所述第二退火处理的时间为5-8分钟，所述第三退火处理的时间为8-12分钟，所述第四退火处理的时间为12-16分钟，所述第五退火处理的时间为16-20分钟。作为优选，在所述步骤(10)中，交替旋涂的次数不小于四次，所述含有银纳米线的溶液中银纳米线的浓度为5-8mg/ml，所述银纳米线的长度为5-25微米，所述银纳米线的直径为10-20纳米，所述含有石墨烯的溶液中石墨烯的浓度为0.5-2mg/ml，旋涂含有银纳米线的溶液的转速为3000-4000转/分钟以及时间为1-3分钟，旋涂含有石墨烯的溶液的转速为2000-3000转/分钟以及时间为2-5分钟，所述第六次退火处理的温度为90-110℃，所述第六次退火处理的时间为10-20分钟。作为优选，在所述步骤(11)中，所述正面栅电极的的材质为铜、铝或者银，所述正面栅电极的厚度为50-100纳米；在所述步骤(12)中，背面电极的材质钛、钯以及银中的一种或多种，所述背面电极的厚度为200-400纳米。本专利技术还提出根据上述方法制备的新型杂化光伏电池。本专利技术与现有技术相比具有下列优点：本专利技术的新型杂化光伏电池的制备过程中，通过在所述N型硅片的上表面形成第一沟槽，接着在所述N型硅片的上表面、所述第一沟槽的底面以及侧面形成硅纳米线阵列，然后再进行有机半导体层的制备，大大提高了单晶硅片与有机半导体层的接触面积。通过在所述N型单晶硅片的上下表面设置对应的第一沟槽以及第二沟槽，并通过设置第一沟槽的底面与相应的所述第二沟槽的底面在垂直方向上的重叠部分的宽度，使得电子空穴发生横向传输，进而改善的电子和空穴的传输方式，有效缩短了电子在N型单晶硅片中的传输距离，进而有效提高了电子的收集效率，使得本专利技术的太阳能电池具有优异的光电转换效率。通过优化P3HT层的形成方式以及P3HT层中银纳米颗粒的分布状况，得到一层致密的P3HT层，进而提高P3HT层的成膜性能和电导率，进一步提高相应光伏的短路电流和填充因子，通过多次交替旋涂含有银纳米线的溶液以及含有石墨烯的溶液形成一复合导电层，使得其导电性能更加优异。附图说明图1为本专利技术的新型杂化光伏电池的结构示意图。具体实施方式本专利技术提出一种新型杂化光伏电池的制备方法，包括以下步骤：1)提供一N型硅片，清洗所述N型硅片，接着在所述N型硅片的上表面形成多个平行排列且间隔设置的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种新型杂化光伏电池的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：1)提供一N型硅片，清洗所述N型硅片，接着在所述N型硅片的上表面形成多个平行排列且间隔设置的第一沟槽，接着在所述N型单晶硅片的下表面形成多个平行排列且间隔设置的第二沟槽，所述第一沟槽和所述第二沟槽的截面均为等腰梯形，多个所述第一沟槽和多个所述第二沟槽分别一一对应，且所述第一沟槽与相应的所述第二沟槽在垂直方向上部分重叠，所述第一沟槽的底面与相应的所述第二沟槽的底面之间的厚度为100‑200微米，所述第一沟槽的底面与相应的所述第二沟槽的底面在垂直方向上的重叠部分的宽度与所述第一矩形凹槽的底面的宽度的比值为0.35‑0.7；2)接着利用金属离子辅助溶液刻蚀法对所述N型硅片的上表面进行刻蚀，以在所述N型硅片的上表面、所述第一沟槽的底面以及侧面形成硅纳米线阵列；3)接着对所述N型硅片依次进行电镀硫化处理，以钝化所述N型硅片；4)接着利用掩膜对所述N型硅片的下表面进行磷扩散工艺，以在所述N型硅片的下表面的每个第二沟槽中形成N型重掺杂磷扩散区；5)接着在所述N型硅片的上表面旋涂含有P3HT的第一氯苯溶液，所述第一氯苯溶液中所述P3HT的浓度为0.3‑0.6mg/ml，然后进行第一次退火处理；6)接着在所述N型硅片的上表面旋涂含有P3HT和银纳米颗粒的第二氯苯溶液，所述第二氯苯溶液中所述P3HT的浓度为0.5‑1mg/ml，所述银纳米颗粒的浓度为0.05‑0.15mg/ml，然后进行第二次退火处理；7)接着在所述N型硅片的上表面旋涂含有P3HT和银纳米颗粒的第三氯苯溶液，所述第三氯苯溶液中所述P3HT的浓度为0.8‑1.5mg/ml，所述银纳米颗粒的浓度为0.1‑0.2mg/ml，然后进行第三次退火处理；8)接着在所述N型硅片的上表面旋涂含有P3HT和银纳米颗粒的第四氯苯溶液，所述第四氯苯溶液中所述P3HT的浓度为0.5‑0.8mg/ml，所述银纳米颗粒的浓度为0.15‑0.25mg/ml，然后进行第四次退火处理；9)接着在所述N型硅片的上表面旋涂含有P3HT和银纳米颗粒的第五氯苯溶液，所述第五氯苯溶液中所述P3HT的浓度为0.2‑0.5mg/ml，所述银纳米颗粒的浓度为0.2‑0.3mg/ml，然后进行第五次退火处理；10)接着在所述N型单晶硅片的上表面多次交替旋涂含有银纳米线的溶液以及含有石墨烯的溶液，然后进行第六次退火处理，形成一复合导电层；11)接着在所述N型单晶硅片的上表面制备正面栅电极；12)接着在所述N型单晶硅片的下表面制备背面电极。...

【技术特征摘要】
1.一种新型杂化光伏电池的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：1)提供一N型硅片，清洗所述N型硅片，接着在所述N型硅片的上表面形成多个平行排列且间隔设置的第一沟槽，接着在所述N型单晶硅片的下表面形成多个平行排列且间隔设置的第二沟槽，所述第一沟槽和所述第二沟槽的截面均为等腰梯形，多个所述第一沟槽和多个所述第二沟槽分别一一对应，且所述第一沟槽与相应的所述第二沟槽在垂直方向上部分重叠，所述第一沟槽的底面与相应的所述第二沟槽的底面之间的厚度为100-200微米，所述第一沟槽的底面与相应的所述第二沟槽的底面在垂直方向上的重叠部分的宽度与所述第一矩形凹槽的底面的宽度的比值为0.35-0.7；2)接着利用金属离子辅助溶液刻蚀法对所述N型硅片的上表面进行刻蚀，以在所述N型硅片的上表面、所述第一沟槽的底面以及侧面形成硅纳米线阵列；3)接着对所述N型硅片依次进行电镀硫化处理，以钝化所述N型硅片；4)接着利用掩膜对所述N型硅片的下表面进行磷扩散工艺，以在所述N型硅片的下表面的每个第二沟槽中形成N型重掺杂磷扩散区；5)接着在所述N型硅片的上表面旋涂含有P3HT的第一氯苯溶液，所述第一氯苯溶液中所述P3HT的浓度为0.3-0.6mg/ml，然后进行第一次退火处理；6)接着在所述N型硅片的上表面旋涂含有P3HT和银纳米颗粒的第二氯苯溶液，所述第二氯苯溶液中所述P3HT的浓度为0.5-1mg/ml，所述银纳米颗粒的浓度为0.05-0.15mg/ml，然后进行第二次退火处理；7)接着在所述N型硅片的上表面旋涂含有P3HT和银纳米颗粒的第三氯苯溶液，所述第三氯苯溶液中所述P3HT的浓度为0.8-1.5mg/ml，所述银纳米颗粒的浓度为0.1-0.2mg/ml，然后进行第三次退火处理；8)接着在所述N型硅片的上表面旋涂含有P3HT和银纳米颗粒的第四氯苯溶液，所述第四氯苯溶液中所述P3HT的浓度为0.5-0.8mg/ml，所述银纳米颗粒的浓度为0.15-0.25mg/ml，然后进行第四次退火处理；9)接着在所述N型硅片的上表面旋涂含有P3HT和银纳米颗粒的第五氯苯溶液，所述第五氯苯溶液中所述P3HT的浓度为0.2-0.5mg/ml，所述银纳米颗粒的浓度为0.2-0.3mg/ml，然后进行第五次退火处理；10)接着在所述N型单晶硅片的上表面多次交替旋涂含有银纳米线的溶液以及含有石墨烯的溶液，然后进行第六次退火处理，形成一复合导电层；11)接着在所述N型单晶硅片的上表面制备正面栅电极；12)接着在所述N型单晶硅片...

【专利技术属性】
技术研发人员：管先炳，
申请(专利权)人：苏州钱正科技咨询有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32