[发明专利]柔性P型单壁碳纳米管/N型硅异质结太阳能电池的制备方法

说明书

本发明涉及柔性太阳能电池领域，具体为一种制备柔性P型单壁碳纳米管/N型硅异质结太阳能电池的方法。首先利用湿刻蚀法制备厚度为20～40μm的柔性N型硅片；再将浮动催化剂化学气相沉积法制备的高性能(高透光率、低方块电阻)柔性单壁碳纳米管薄膜，通过无损、洁净的转移技术，转移至柔性硅片上；然后制备上电极和下电极，即得柔性P型单壁碳纳米管/N型硅异质结太阳能电池。本发明结合了单壁碳纳米管薄膜和超薄硅片的优异柔性，构建P型碳纳米管/N型硅异质结柔性电池，有效地将太阳能转化为电能，有望应用于柔性可穿戴领域。

技术领域

本发明涉及柔性太阳能电池领域，具体为一种制备柔性P型单壁碳纳米管/N型硅异质结太阳能电池的方法。

背景技术

近几年，轻便、柔性及可穿戴的电子器件受到越来越多的关注。在太阳能电池行业中，柔性太阳能电池不仅用料少、成本低，而且重量轻、机械性能好，引起了研究者的极大兴趣。2013年，Wang等人利用质量浓度为50％的KOH溶液将厚度为300～375μm的单晶硅片刻蚀成超薄的单晶硅片；对其进行弯折、甚至对折，该超薄硅片展现出良好的柔韧性(文献1：Wang,S.,Weil,B.D.,Li,Y.,Wang,K.X.,Garnett,E.,Fan,S.,Cui,Y.Nano Lett.2013,13(9),4393.)。通过钝化技术和纳米织构技术构建了柔性硅太阳能电池，最高的光电转换效率能达10％左右(文献2.Jeong S.,McGehee M.D.,Cui Y.,Nature Communication,2013,4:2950-2956.文献3.Wang,S.,Weil,B.D.,Li,Y.,Wang,K.X.,Garnett,E.,Fan,S.,Cui,Y.Nano Lett.2013,13(9),4393.)。但是传统柔性硅太阳能电池在制备过程中，为形成PN结需要进行高温扩散，这极大地增加了工艺成本，在一定程度上限制了其发展和应用。同时，硅的本征脆性也限制了柔性硅太阳能电池的柔韧性。

单壁碳纳米管拥有优异的柔韧性和光电性能，可望在柔性光电器件中获得广泛应用。P型碳纳米管/N型硅异质结太阳能电池由于制备工艺简单、可利用低质量硅等优点，引起广泛的研究兴趣(文献4.Hu,X.G.,Hou,P.X.,Liu,C.,Zhang,F.,Liu,G.,Cheng,H.M.NanoEnergy 2018,521-527.文献5.Xu W,Wu S,Li X,et al.Advanced Energy Materials,2016；文献6.Yu L,Batmunkh M,Grace T,et al.Journal of Materials Chemistry A,2017,5(18):8624-8634.)。目前，关于P型碳纳米管/N型硅异质结太阳能电池的构建均基于硬质硅基片，鲜有柔性P型碳纳米管/N型硅异质结太阳能电池的报道。其原因主要在于高性能单壁碳纳米管薄膜的可控制备及其在柔性硅片上的转移等难题仍有待突破。

发明内容

本发明的目的在于提供一种柔性P型单壁碳纳米管/N型硅异质结太阳能电池的制备方法，该太阳能电池质量轻、硅用量少、制备过程简单，有助于降低制备成本；此外，该太阳能电池光电转换效率性能良好，并具有优异的柔韧性。

本发明的技术方案：

一种柔性P型单壁碳纳米管/N型硅异质结太阳能电池的制备方法，包括如下步骤：

(1)柔性硅片的制备和绝缘层的转移：首先将厚度为300～500μm的N型硅片分别用丙酮、无水乙醇和去离子水超声清洗10～20min；然后置于质量浓度为40～60％的KOH水溶液中刻蚀，刻蚀温度为80～100℃，刻蚀时间为30～110min；刻蚀后，将具有柔性的N型硅片置于质量分数为10％的HCl水溶液中5～15min，去除残留在柔性N型硅片上的KOH；然后用去离子水冲洗，并用氮气枪吹干；采用的绝缘层为聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜，直接转移至柔性的N型硅片上；

(2)柔性P型单壁碳纳米管薄膜的制备及转移：利用浮动催化剂化学气相沉积法制备单壁碳纳米管薄膜，并通过无损、洁净的转移方法将该薄膜转移到具有绝缘层的柔性硅片上；