一种采用超低浓度水溶液制备的高效太阳电池及其制备方法技术

本发明专利技术属于晶体硅光伏电池技术领域，具体涉及一种采用超低浓度水溶液制备的高效太阳电池及其制备方法。本发明专利技术采用超低浓度水溶液制备太阳电池的电子传输层，制备方法极为简单、无需昂贵的PECVD装备和高温扩散炉，基于低温工艺制备，成本相对较低，兼容薄硅片，降本效果突出；同时，所述电子传输层无需掺杂，工艺大大简化，不含甲醇、丙酮等刺激性有机溶剂，环保安全；所采用的水溶液主要活性成分为表面活性剂，材料可选范围更广，包含了先前报道的路易斯酸和中性表面活性剂、离子表面活性剂等，甚至可以是极为常见的洗衣粉。此外，本发明专利技术的晶体硅太阳电池中的电子传输侧电极可以直接用铝，实现成本更低。实现成本更低。实现成本更低。

【技术实现步骤摘要】
一种采用超低浓度水溶液制备的高效太阳电池及其制备方法


[0001]本专利技术属于晶体硅光伏电池
，具体涉及一种采用超低浓度水溶液制备的高效太阳电池及其制备方法。

技术介绍

[0002]高效低成本的光伏电池对于降低新能源电力成本和加快实现全球碳中和目标具有重要意义。
[0003]当前，主流的电池技术都是基于高温钝化接触实现的，如发射极及背面钝化电池(PERC)技术和隧穿氧化层钝化接触(TOPCon)电池技术。但由于该技术的空穴传输层和电子传输层都是基于高温(>800℃)掺杂工艺完成的，因而会存在能耗高、工艺复杂、不适应薄硅片等问题。而典型的低温(<450℃)钝化接触技术是硅异质结电池(又称HJT/HDT/HIT/SHJ)技术，该技术虽然避开了高温、兼容薄硅片，但其电子和空穴传输层仍然离不开重掺杂，从而具有寄生性吸收大、工艺窗口窄、工艺较为复杂、需要专用低温银浆等弊端。
[0004]目前，尽管已有一些报道也是采用溶液法制备硅太阳电池，但其主要是基于空穴端，如PEDOT:PSS或CuSCN等，这类材料稳定性差，而且为保持较好的成膜性，还需要往高浓度的溶液中添加一些表面活性剂或有机溶剂，溶液成分复杂，可重复性差。同时，基于溶液法制备的电子传输层亦有报道，如PEI/PEIE、Cs2CO3+PEI、金属乙酰丙酮化物的甲醇溶液等，但其所用的溶液只限于易斯酸的溶液，且浓度较高，常常含有毒成分。因此，有必要开发新型的晶体硅太阳电池，以解决上述技术问题。

技术实现思路

[0005]为了克服上述现有技术的不足，本专利技术的首要的目的是提供一种采用超低浓度水溶液制备高效太阳电池的方法。该方法无需依赖昂贵的镀膜设备，厚度容易控制，不依赖于高温扩散和危险的气态源掺杂，制备成本相对低廉。
[0006]本专利技术的第二个目的是提供采用上述方法制备得到的太阳电池。该电池的电子传输层基于超低浓度水溶液制作而成，从而降低电池制备成本。
[0007]本专利技术的第一个专利技术目的是通过以下技术方案来实现的：
[0008]本专利技术提供了一种采用超低浓度水溶液制备高效太阳电池的方法，在制备太阳电池时，采用超低浓度的水溶液制作电子传输层，所述水溶液的活性成分选自路易斯酸、中性表面活性剂、离子表面活性剂、洗衣粉中的至少一种，所述水溶液的浓度为0.5
‑
15mg/mL。
[0009]本专利技术所采用的溶液成分简单，且相对安全无毒(超低浓度水溶液)，同时所用材料具有更加广泛的普遍性，可以推广到几乎所有的表面活性剂的水溶液，而非只能是路易斯酸的水溶液，原材料更加丰富、制备成本更低。
[0010]本专利技术的核心在基于超低浓度的水溶液形成免掺杂的电子传输层，免除了高温和复杂的掺杂工艺，制备此薄膜后覆盖上金属电极即可实现良好的电子选择性和高效率，能够大幅降低电池的制备成本。该电子传输层是基于超低浓度的水溶液制作的，无需刻意掺
杂，厚度为0.5
‑
5nm。该水溶液的浓度不高于15mg/mL，主要活性成分为表面活性剂等，具有低阻地传导电子和阻挡空穴传导的效果，用于实现电池中电子电流的选择性提取。
[0011]优选地，所述水溶液的活性成分选自曲拉通或洗衣粉。
[0012]优选地，所述电子传输层的厚度为0.5
‑
5nm。所述电子传输层的制备方法为：配备浓度为0.5
‑
15mg/mL且包含活性成分(比如表面活性剂)的水溶液，并通过振荡或超声形成均匀分散的体系，然后采用旋涂法或提拉法在衬底表面成膜，形成的最终薄膜厚度为0.5
‑
5nm。
[0013]更优选地，所述电子传输层设置在电池的背面。
[0014]更优选地，先在所述电池的背面制备钝化膜，再在所述钝化膜表面制备电子传输层，所述钝化膜的厚度为1
‑
2nm。所述钝化膜可以是采用高温热氧化或者HNO3氧化甚至是含氧气氛中低温退火、臭氧处理等形式制备的氧化硅，也可以是采用PECVD等方法制备的本征氢化非晶硅以及采用ALD工艺制备的氧化铝、氧化钛等，其功能就是降低硅片表面的悬挂键、解除界面的费米钉扎效应，钝化膜的厚度一般为1.5nm左右。
[0015]优选地，所述电子传输层表面设置有金属电极，所述金属电极包括铝电极。本专利技术的电极优选铝电极，沉积方法可以是热蒸发法、磁控溅射法或者丝网印刷法，厚度≥300nm。
[0016]更优选地，为提高电池效率，所述电子传输层与金属电极之间还设置有金属卤化物或低功函数金属结构。所述金属卤化物包括氟化锂、氟化铯、氟化镱、氯化钠、碘化铯等。所述低功函数的金属包括Li、Ba、Ca、Mg、Yb、Sc等。
[0017]本专利技术的第二个专利技术目的是通过以下技术方案来实现的：
[0018]本专利技术还提供了采用上述制备方法制备得到的太阳电池。
[0019]本专利技术的太阳电池，电子传输层采用超低浓度的水溶液通过旋涂工艺或提拉工艺制作而成，无需掺杂，然后直接覆盖金属铝电极即可实现良好的电子选择性传输，该电池电子传输层的制作工艺简单、原材料廉价易得、安全无毒，能够大幅降低电池的制备能耗和电池成本。
[0020]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0021]本专利技术公开了一种采用超低浓度水溶液制备的高效太阳电池结构，该晶体硅太阳电池中的电子传输层制备方法极为简单、无需昂贵的PECVD装备和高温扩散炉，基于低温(<450℃)工艺制备，成本相对较低，兼容薄硅片，降本效果突出；同时，本专利技术采用的电子传输层无需掺杂，工艺大大简化；本专利技术采用的电子传输层是基于超低浓度的水溶液制备的，不含甲醇、丙酮等刺激性有机溶剂，材料环保安全；本专利技术所采用的水溶液主要活性成分为表面活性剂，材料可选范围更广，包含了先前报道的路易斯酸和中性表面活性剂、离子表面活性剂等，甚至可以是极为常见的洗衣粉。此外，本专利技术的晶体硅太阳电池中的电子传输侧电极可以直接用铝，实现成本更低。
附图说明
[0022]图1为基于超低浓度水溶液制作电子传输层的太阳电池结构示意图；
[0023]图1中，1为n型硅片，2、6为a
‑
Si:H(i)，3为a
‑
Si:H(p)，4为ITO，5为银电极，7为电子传输层，8为铝电极。
[0024]图2为不同浓度的曲拉通水溶液制作的电子传输层与n
‑
Si的接触电阻率变化情
况；
[0025]图3为覆盖不同金属电极时由曲拉通水溶液制作的电子传输层与n
‑
Si的接触情况；
[0026]图4为采用曲拉通水溶液制作电子传输层的晶体硅太阳电池与不插入该电子传输层的太阳电池的I
‑
V曲线对比情况。
具体实施方式
[0027]下面对本专利技术的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本专利技术，但并不构成对本专利技术的限定。此外，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种采用超低浓度水溶液制备高效太阳电池的方法，其特征在于，在制备太阳电池时，采用超低浓度的水溶液制作电子传输层，所述水溶液的活性成分选自路易斯酸、中性表面活性剂、离子表面活性剂、洗衣粉中的至少一种，所述水溶液的浓度为0.5
‑
15mg/mL。2.根据权利要求1所述的一种采用超低浓度水溶液制备高效太阳电池的方法，其特征在于，所述水溶液的活性成分选自曲拉通或洗衣粉。3.根据权利要求1所述的一种采用超低浓度水溶液制备高效太阳电池的方法，其特征在于，所述电子传输层的厚度为0.5
‑
5nm。4.根据权利要求3所述的一种采用超低浓度水溶液制备高效...

【专利技术属性】
技术研发人员：高平奇，蔡伦，庞毅聪，陈甜，徐杨兵，林豪，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：