[发明专利]一种硅基阵列叠层太阳能电池及其制备方法

权利要求书

1.一种硅基阵列叠层太阳能电池，包括底电池结构和顶电池结构，其特征在于，所述顶电池结构层叠于所述底电池结构之上，所述底电池结构包括n型单晶硅衬底，所述n型单晶硅衬底上表面的四周设置SiO₂绝缘层以在所述n型单晶硅衬底的中央区域形成受光窗口，所述受光窗口区域的所述n型单晶硅衬底上刻蚀制备竖直方向的纳米孔周期阵列结构，在所述受光窗口区域的所述n型单晶硅衬底及所述纳米孔周期阵列结构的纳米孔内壁制备p型掺杂层，所述n型单晶硅衬底的下表面设置金属薄膜层；所述顶电池结构由下至上依次包括TiO₂薄膜层、钙钛矿吸收层、空穴传输层、透明导电薄膜层和金属电极，所述TiO₂薄膜层层叠于所述SiO₂绝缘层和所述p型掺杂层之上并填充嵌入所述纳米孔内；所述金属电极和所述金属薄膜层分别引出作为导电电极对外电路供电。

2.根据权利要求1所述的硅基阵列叠层太阳能电池，其特征在于，所述纳米孔周期阵列结构的周期为200～900nm，所述纳米孔周期阵列结构的纳米孔的直径为50～800nm，深度为100～1000nm，所述纳米孔周期阵列结构的占空比为0.4～0.8。

3.根据权利要求1所述的硅基阵列叠层太阳能电池，其特征在于，所述TiO₂薄膜层的层叠于p型掺杂层表面的厚度为100～150nm。

4.根据权利要求1所述的硅基阵列叠层太阳能电池，其特征在于，所述钙钛矿吸收层的厚度为100～500nm。

5.根据权利要求1所述的硅基阵列叠层太阳能电池，其特征在于，所述空穴传输层为氧化镍、氧化钨、Spiro-OMeTAD之一，厚度为150～800nm。

6.根据权利要求1所述的硅基阵列叠层太阳能电池，其特征在于，所述金属电极的材料为Au、Ag、Al、Gu、Pt之一，厚度为10～500nm。

7.一种硅基阵列叠层太阳能电池的制备方法，其特征在于，依次包括步骤：一、在n型单晶硅衬底上表面利用利用金属辅助化学刻蚀方法制备竖直方向的纳米孔周期阵列结构；二、在n型单晶硅衬底上四周沉积一层SiO₂绝缘层形成受光窗口；三、在所述受光窗口区域的n型单晶硅衬底上表面及所述纳米孔周期阵列结构的纳米孔内壁表面利用液体硼源高温扩散制备PN结；四、利用磁控溅射法在SiO₂绝缘层及PN结表面制备TiO₂薄膜层作为电子传输层，所述TiO₂薄膜层填充嵌入所述纳米孔内；五、进行退火固化并在所述TiO₂薄膜层上利用旋涂法依次制备钙钛矿吸收层和空穴传输层；六、在所述空穴传输层表面上采用电子束蒸发工艺分别制备透明导电薄膜层和金属电极；七、在所述n型单晶硅衬底下表面沉积金属薄膜层引出导线作为所述硅基阵列叠层太阳能电池的负极，所述金属电极引出导线作为所述硅基阵列叠层太阳能电池的正极。

8.根据权利要求7所述的硅基阵列叠层太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述利用金属辅助化学法制备竖直方向的纳米孔周期阵列结构的过程中，利用匀胶机在所述n型单晶硅衬底上旋涂银纳米胶体，转速为2500～5000r/min，所述银纳米颗粒的直径为50～800nm；旋涂后浸入双氧水溶液中刻蚀，溶液的浓度为0.2～2mol/L，时间为0.5～2h；形成所述纳米孔周期阵列后用硝酸溶液将所述银纳米颗粒除去。

9.根据权利要求7所述的硅基阵列叠层太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述n型单晶硅衬底的电阻率为1.2～1.3Ω·cm，所述利用液体硼源高温扩散制备PN结时以浓度为15～16mg/cm³的BBr₃液态硼源在1200～1250℃下进行高温扩散制备p型掺杂层。

10.根据权利要求9所述的硅基阵列叠层太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述利用磁控溅射法制备TiO₂薄膜层时，TiO2靶材纯度99.99％，本地真空10^-3～10^-5torr，工作气体为氩气，所述退火固化时退火温度380～650℃，退火时间为1～3h，所述TiO₂薄膜的层叠于p型掺杂层表面的厚度为100～150nm。