一种基于硅纳米结构的太阳能电池制造技术

本发明专利技术公开了一种基于硅纳米结构的太阳能电池，包括硅片，所述硅片上设有导电玻璃，导电玻璃和硅片之间围设有绝缘密封层，在导电玻璃和硅片之间构成电解质室，电解质室内设有离子液体电解质；所述导电玻璃和硅片背面均设有引出电极，构成欧姆电极结构。本发明专利技术具有热稳定性和化学稳定性好等特点，可以使用较薄的硅片做为硅电极且对硅的纯度要求较低，同时也大大降低了电池的封装要求。本发明专利技术提供了一种低成本高效率且稳定的太阳能电池制备技术，具有积极的现实意义。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种太阳能电池，具体涉及一种基于硅纳米结构的太阳能电池，属于太阳能

技术介绍
随着经济的迅猛发展，传统石化能源使用带来的全球能源危机与环境污染问题日益突出，并成为制约社会持续、和谐发展的关键因素。而发展可再生能源是解决上述问题的有效方法之一。纵观其它新能源种类，风能，生物能，太阳能等，太阳能因其蕴藏量丰富，使用清洁无污染等优越性，其利用前景最好，潜力最大。太阳能电池是将太阳能直接转换为电能的光电器件，是利用太阳能最有效的方式之一。在传统太阳能电池中，硅基太阳能电池的技术发展最为成熟，光电转换效率也最高， 但由于其生产成本高，制作工艺繁琐，限制了其大规模的商业应用。近年来，为了降低硅太阳能电池成本，简化工艺，有些课题组研究了基于含有氧化还原电子对的液体电解质硅基太阳能电池。Nakato等以HI和I2 (或13_)为氧化还原电对，以水为溶剂，得到了光电转化效率为7. 4%硅基电化学太阳能电池。Lewis等以1，Γ -二甲基二茂铁和1，Γ _ 二甲基二茂铁盐为氧化还原电对，以甲醇为溶剂，得到了光电转换效率为14%的硅基电化学太阳能电池。中国专利技术专利申请 CN101369493 和 CN101262019 分别报道了以饱和溴/溴化氢水溶液为氧化还原电子对的光电化学太阳电池。这些电池采用了有机溶剂如甲醇、乙腈或水作为电解质溶液，制作方法简单，在一定程度上能够降低太阳电池的制作成本。但是，由于这些溶剂存在着易挥发、高毒性、易泄漏且对硅有一定的腐蚀性等缺点，因此限制了其进一步的研究和发展；此外，这类电池的稳定性较差，对封装的要求也非常高。离子液体(Ionic liquids)，作为一种几乎不挥发的液体，在最近几年得到了飞速发展，其又称室温熔融盐，一般由有机阳离子和无机阴离子所组成。与传统的有机溶剂和电解质相比，离子液体具有很多优越的性质(1)毒性小，“零”饱和蒸汽压，不易挥发；(2)化学稳定性好，热稳定温度高和电化学窗口宽；C3)电导率较高；(4)性能的化学可调控性。众多突出的优点使离子液体成为国际科技前沿和研究热点。然而，在太阳能电池领域中，迄今为止还没有关于离子液体在硅纳米结构太阳能电池的研究。
技术实现思路
本专利技术目的是提供一种基于硅纳米结构的太阳能电池，以获得高效率、低成本且稳定的太阳能电池。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是一种基于硅纳米结构的太阳能电池， 包括硅片，所述硅片上设有导电玻璃，导电玻璃和硅片之间围设有绝缘密封层，在导电玻璃和硅片之间构成电解质室，电解质室内设有离子液体电解质；所述导电玻璃和硅片背面均设有引出电极，构成欧姆接触电极结构；所述离子液体电解质选自A、B、C中的一种或几种，其中/==\所述A选自咪唑型离子液体ζΝ々Ν^ 的一种或几种，其中，s = 0 6，Z选自 I、SCN、BF4、PF6、CF3S03、N(CN)2 禾口 中的一种；所述B选自吡啶型离子液体的一种或几种，其中，η = 0 6，R选自自 I、SCN、BF4、PF6、CF3S03、N(CN)2 禾口 中的一种；所述硅片的上表面设有硅纳米线阵列层或多孔硅阵列层。上文中，所述导电玻璃是现有技术，即在普通玻璃表面溅射一层导电膜如氧化铟锡(ΙΤ0膜)。上述电池的结构包括含有纳米结构的硅片电极，透明导电玻璃对电极和含有氧化-还原电子对的中间离子液体电解质层的三明治夹心结构。所述导电玻璃和硅纳米结构的背面均进一步加工上引出电极，并形成欧姆接触，最后做成太阳能电池。当然，在上述离子液体电解质中要加入具有氧化和还原能力的化学成分，其共同作用是提供氧化还原电子对。氧化-还原电子对可以是碘化锂和碘单质，可以是二茂铁和二茂铁盐，可以是甲基二茂铁和甲基二茂铁盐，可以是异丙基二茂铁和异丙基二茂铁盐，也可以是二茂钴和二茂钴盐等等。进一步的技术方案，所述硅纳米线阵列层的高度为1 50μπι。进一步的技术方案，所述硅纳米线阵列层为表面烷基化改性的硅纳米线阵列层。 硅表面的烷基化(如甲基化)能明显的降低硅表面的氧化速度，大大提高电池的寿命。进一步的技术方案，所述硅纳米线阵列层为表面烷基化改性并金属颗粒修饰的硅纳米线阵列层。如采用表面烷基化改性并钼颗粒修饰的硅纳米线阵列层。在硅表面修饰高功函的金属(如钼)颗粒可以显著的提高电池的光电转换效率。与之相应的另一种技术方案，所述多孔硅阵列层的高度为6 90 μ m。本专利技术的太阳能电池的结构从上到下大致为(1)透明导电玻璃，其作用是透过太阳光；(2)透明ITO导电薄膜层，其作用是引出电极；(3)绝缘密封层，其作用是在导电玻璃和硅片之间构成一个四周封闭中间镂空的电解质室，以存储电解质和防止电解质渗漏；(4)空穴传输层，处于上述电解质室内，空穴传输层即是离子液体电解质；(5)光活性层，即硅纳米线阵列层，或表面金属颗粒修饰的硅纳米线阵列层，或表面烷基化改性的硅纳米线阵列层，或表面烷基化改性并金属颗粒修饰的硅纳米线阵列层或I、SCN、BF4、PF6、CF3S03、N(CN)2 禾口 中的一种； 所述C选自吡咯烷型离子液体的一种或几种，其中，k = 0 6，M选多孔硅阵列层；其中，烷基化改性作用是使硅表面钝化，提高电池的稳定性；金属颗粒修饰的作用是作为催化剂，催化体系氧化还原反应；(6)硅片基底层，作为太阳能电池的基区；(7)引出电极，可以采用金属电极如铝、钛/钯/银或者镓铟合金。上述硅片可以是单晶硅片、多晶硅片或无定形硅片。本专利技术的制备方法如下先在硅片上表面制备光活性层，然后改性修饰该活性层， 再在上述活性层结构上滴加离子液体电解质，盖上导电玻璃，封装可。所述光活性层的制备方法可以按照如下方法来处理采用无电极化学腐蚀的方法或光刻和湿法相结合的方法在表面生长一层硅纳米线阵列；采用氢氟酸化学湿法刻蚀或电感耦合等离子体共振干法刻蚀方法在表面生长一层多孔硅阵列或硅纳米线阵列，之后将硅片作烷基化(如甲基化)处理，再通过热分解法或电化学法沉积金属颗粒(如钼颗粒)；并用真空蒸镀法在硅基底面沉积金属电极形成欧姆接触电极。η型硅纳米线阵列可以用无电极化学腐蚀一步法刻蚀制备，即常温下用硝酸银和氢氟酸混合液刻蚀，硅纳米线的长短通过控制反应时间来实现；也可以采用无电极化学腐蚀两步法刻蚀制备，即先把硅片短时间浸入硝酸银和氢氟酸混合液中，再放置双氧水和氢氟酸混合液中，其中双氧水也可以用其它氧化剂替代，如狗3+盐，反应均在常温下进行，硅纳米线长短是通过控制第二步反应时间来实现的。η型硅纳米线阵列也可以用低压感应耦合等离子体干法物理刻蚀制备。通过有掩膜和无掩膜的方法两种方案来实现硅纳米线的刻蚀。方案一有掩膜刻蚀方法制备硅纳米微孔阵列，即利用光学曝光和湿法腐蚀工艺在硅表面形成具有孔洞阵列结构，然后利用等离子体方法进行干法刻蚀达到硅纳米微孔，然后将掩模板如金属去掉。方案二采用无掩膜刻蚀方法制备纳米硅锥结构，即直接将清洗完毕的硅片放在等离子体腔室中刻蚀形成硅纳米线阵列结构。η型多孔硅阵列可以用氢氟酸化学湿法刻蚀制备，即在一定的电压下并且光照，刻蚀时间可以为15 120分钟之间，多孔硅的高度通过控制刻蚀时间来实现。由于上述技术方案运用，本专利技术与现有技术相比具有下列优点1.本专利技术采用了离子液体电解质作为太阳能电池的电解质，其具有本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种基于硅纳米结构的太阳能电池，包括硅片，其特征在于：所述硅片上设有导电玻璃；导电玻璃和硅片之间围设有绝缘密封层，在导电玻璃和硅片之间构成电解质室，电解质室内设有离子液体电解质；所述导电玻璃和硅片背面均设有引出电极，构成欧姆接触电极结构；所述离子液体电解质选自Ａ、Ｂ、Ｃ中的一种或几种，其中：所述Ａ选自咪唑型离子液体的一种或几种，其中，ｓ＝０～６，Ｚ选自Ｉ、ＳＣＮ、ＢＦ４、ＰＦ６、ＣＦ３ＳＯ３、Ｎ（ＣＮ）２和［Ｎ（ＳＯ２ＣＦ３）２］中的一种；所述Ｂ选自吡啶型离子液体的一种或几种，其中，ｎ＝０～６，Ｒ选自Ｉ、ＳＣＮ、ＢＦ４、ＰＦ６、ＣＦ３ＳＯ３、Ｎ（ＣＮ）２和［Ｎ（ＳＯ２ＣＦ３）２］中的一种；所述Ｃ选自吡咯烷型离子液体的一种或几种，其中，ｋ＝０～６，Ｍ选自Ｉ、ＳＣＮ、ＢＦ４、ＰＦ６、ＣＦ３ＳＯ３、Ｎ（ＣＮ）２和［Ｎ（ＳＯ２ＣＦ３）２］中的一种；所述硅片的上表面设有硅纳米线阵列层或多孔硅阵列层。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：孙宝全，雷晓飞，严锋，申小娟，赵杰，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：32