[发明专利]硅太阳能电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能电池技术领域，尤其涉及一种硅太阳能电池及其制备方法。

背景技术

随着全球经济的不断快速发展，石油、煤炭、天然气以及其他不可再生的资源日益减少。基于可持续发展的理念，如何利用可再生资源则变得越来越重要。可再生资源种类丰富，例如核能、太阳能、生物能、水电能、风能、地热能和潮汐能等。在众多新能源中，太阳能以其蕴藏量丰富，无地域限制，清洁无污染，增长最快速，环境最友好，且取之不尽等独特的优势成为研发和利用新能源的焦点。随着科技的发展，一系列的太阳能设备纷纷投入市场，而太阳能电池却以其能够最大限度获得并利用太阳能而成为最重要的光电产品。在过去的几十年里，光电产业不断的快速增长，如今，使用低成本材料以及简单制造工艺的光电结构已经引起了越来越多的关注及兴趣。

由于硅材料的原料成本低廉，储备丰富、化学稳定、工艺成熟等优点，在大规模应用和工业生产中，以单晶硅和非晶硅为主的第一代硅基太阳能电池仍占据主导地位。单晶硅太阳能电池转换效率是最高的，但由于受单晶硅材料价格及电池工艺影响，一方面单晶硅电池对硅片的纯度要求高(99.9999％-99.9999999％)，而硅材料的价格与其纯度成指数上升，致使单晶硅成本价格居高不下；另一方面，电池制作工艺繁琐，使其大规模的商业应用受到了限制，大幅度降低其成本是非常困难的。而非晶硅具有光疲劳效应，故其太阳能电池的光电转换效率随光照而衰减。

目前，对平面硅/有机导电高分子薄膜(聚3，4-乙撑二氧噻吩：聚苯乙烯磺酸盐，PEDOT:PSS)杂化电池表面做了不同钝化处理，并系统探索了太阳能电池的性能的变化。通过对SiOx-Si和PEDOT:PSS之间的异质结的校正以及能带的合适调整，有效的改善了电荷的传输性能，从而提升了太阳能电池的效率。然而，当自然生成的SiOx的厚度过厚的时候，这层氧化层就会形成电荷势垒，阻碍电荷的传输并同时降低太阳能电池的短路电流、开路电压以及填充因子，从而降低了电池的效率。因此造成了这类太阳电池的光电转换效率较低，最高效率在也只有10％左右。

因此，针对上述问题有必要提出进一步的解决方案。

发明内容

有鉴于此，本发提供一种硅太阳能电池及其制备方法。

为实现上上述目的，本发明的一种硅太阳能电池的制备方法，其包括如下步骤：

S1.提供冶金级硅晶圆衬底，并对硅晶圆衬底进行清洗；

S2.对清洗完毕的冶金级硅晶圆衬底在刻蚀液中进行刻蚀，经纯化处理后，得到排布规则的硅纳米阵列；

S3.对硅纳米阵列的表面进行形貌修饰，得到表面经过修饰处理的冶金级硅纳米结构；

S4.在得到的冶金级硅纳米结构表面均匀涂覆共轭有机物，涂覆后，进行退火处理；

S5.在涂覆有共轭有机物的表面、及冶金级硅晶圆衬底上制作金属电极。

作为本发明的进一步改进，所述步骤S2具体包括：将清洗完毕的冶金级硅晶圆衬底放入4.8M的HF和0.02M的AgNO₃形成的混合溶液中进行刻蚀，刻蚀时在常温下刻蚀20min，刻蚀后，将冶金级硅晶圆衬底在质量百分浓度为30％的HNO₃溶液中浸泡至少1h，再利用去离子水对浸泡后的冶金级硅晶圆衬底进行冲洗，得到排布规则的硅纳米阵列。

作为本发明的进一步改进，所述步骤S3中使用四甲基氢氧化铵对硅纳米阵列的表面进行形貌修饰。

作为本发明的进一步改进，使用四甲基氢氧化铵对硅纳米阵列的表面进行形貌修饰包括：将四甲基氢氧化铵溶于溶剂中配成体积比为1％的修饰溶液，利用修饰溶液浸泡硅纳米阵列的表面15s～1min。

作为本发明的进一步改进，所述溶剂为：烷基醇类溶剂或去离子水。

作为本发明的进一步改进，所述步骤S4具体包括：在惰性气体保护下，在得到的冶金级硅纳米结构表面通过均胶旋涂法均匀涂覆共轭有机物，涂覆后，进行退火处理。

作为本发明的进一步改进，所述共轭有机物为聚(3,4二氧乙烯噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)。

作为本发明的进一步改进，所述步骤S5中，利用蒸镀法在涂覆有共轭有机物的表面、及冶金级硅晶圆衬底上制作金属电极。

为实现上上述目的，本发明的一种根据如上所述的制备方法获得的硅太阳能电池，其依次包括：金属背电极、冶金级纳米结构硅基衬底、有机共轭薄膜、金属栅电极，所述有机共轭薄膜位于冶金级纳米结构硅基衬底上，并与冶金级纳米结构硅基衬底形成有机-无机杂化异质结。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：