[发明专利]一种薄膜晶硅钙钛矿异质结太阳电池的制备方法

说明书

技术领域

本发明的技术方案涉及专门适用于将光能转换为电能的半导体器件的制备方法，具体地说是一种薄膜晶硅钙钛矿异质结太阳电池的制备方法。

背景技术

相对于晶硅电池因晶硅材料制造成本难于进一步下降的情况，使用钙钛矿材料CH₃NH₃PbX₃(X＝Cl、Br或/和I)为主要光吸收层的太阳电池(以下称为钙钛矿型太阳电池)光电转换效率超过20％，并且具有薄膜化、室温溶液制备、无稀有元素的低制造成本特性，极具应用前景。在各种结构的钙钛矿型太阳电池中，直接采用传统单晶硅及多晶硅太阳电池的p型体硅材料作为空穴传输层的钙钛矿型太阳电池，由于体硅材料没有减少硅材料的使用，无法实现钙钛矿型太阳电池的成本显著低于传统单晶硅及多晶硅太阳电池。而采用非晶硅薄膜作为空穴传输层的钙钛矿型太阳电池，则由于非晶硅薄膜内部存在大量悬挂键等缺陷，导致这种电池光电转化性能相对体硅电池较差。CN201410568822.X公开了全固态钙钛矿微晶硅复合太阳电池及其制备方法，其存在如下不足：第一，微晶硅的沉积速率比较慢，一般不超过5埃每秒，沉积速度影响了生产效率和成本。要大规模工业生产微晶硅薄膜，还需要微晶硅薄膜制备技术进一步提高速度；第二，微晶硅本质上是硅的微小晶体颗粒与非晶的混合相，其晶界和内表面上的悬挂键和缺陷都是光生载流子的复合中心。与晶体硅材料相比，微晶硅内部的光生载流子的复合使微晶硅材料制备成的太阳电池器件的开路电压等性能受到了限制。

为此开发一种新的由薄膜晶硅材料构成其空穴传输材料的薄膜晶硅钙钛矿异质结太阳电池，可以实现硅材料使用量比体硅材料少，同时薄膜质量和器件性能比非晶硅及微晶硅薄膜优良，有助于太阳电池的性能进一步提高且生产成本降低。但是，现有的薄膜晶硅钙钛矿异质结太阳电池中薄膜晶硅的制备方法中的主要采用“层转移技术”，即通过电化学法腐蚀单晶硅片，在单晶硅片表面制备多孔硅结构，然后将该结构在H₂气氛下高温退火。退火过程中，单晶硅片表层小孔隙率层的孔洞会逐渐闭合，形成准单晶层作为外延器件的模板，然后利用LPCVD方法在该准单晶层上外延高质量p型薄膜晶硅作为太阳电池的空穴传输层。制备完成上述p型薄膜晶硅后，将p型薄膜晶硅从单晶硅片上转移下来放置在玻璃等廉价衬底上。可见上述“层转移技术”涉及电化学腐蚀、高温退火、高温气相化学沉积、机械剥离以及机械转移诸多工艺，包括了环节多且复杂的步骤，而且受限于所得到的薄膜晶硅的机械强度，其机械剥离、机械转移薄膜晶硅的尺寸较小，成品率较低，再则受限于所得到的薄膜晶硅的机械强度，其薄膜晶硅的厚度不能过薄，一般要大于5微米。

因此，改进薄膜晶硅钙钛矿异质结太阳电池制备方法，尤其是其中薄膜晶硅的制备环节，可以有助于薄膜晶硅钙钛矿异质结太阳电池进一步的降低成本且提高性能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种薄膜晶硅钙钛矿异质结太阳电池的制备方法，是一种基于准分子激光晶化法的薄膜晶硅钙钛矿异质结太阳电池的制备方法，该薄膜晶硅钙钛矿异质结太阳电池中的薄膜晶硅层是通过准分子激光晶化法制得，克服现有薄膜晶硅钙钛矿异质结太阳电池制备方法中使用“层转移技术”而造成工艺环节多且复杂、所得到的薄膜晶硅的尺寸较小、成品率较低和薄膜晶硅的厚度不能过薄的缺陷。

本发明解决该技术问题所采用的技术方案是：一种薄膜晶硅钙钛矿异质结太阳电池的制备方法，是一种基于准分子激光晶化法的薄膜晶硅钙钛矿异质结太阳电池的制备方法，步骤如下：

第一步，在透明导电基底上制备P型薄膜晶硅层：

(1.1)制备P型α-Si:H非晶硅薄膜：将透明导电基底放置于PECVD设备样品台上，通过PECVD法，在反应压力5Pa～50Pa、衬底温度50℃～350℃、SiH₄气体流量为0.lsccm～10sccm、H₂气体流量为1sccm～l00sccm、PH₃气体流量为0.000lsccm～1sccm的条件下，在透明导电基底上生长20～2000nm厚的P型α-Si:H非晶硅薄膜，

(1.2)对P型α-Si:H非晶硅薄膜进行脱氢处理：在高纯N₂气氛、250℃～550℃的条件下对上一步所得的P型α-Si:H非晶硅薄膜处理4小时，完成P型α-Si:H非晶硅薄膜的脱氢处理，