一种太阳能电池及其制备方法与流程

本发明涉及太阳能电池技术领域，特别是涉及一种太阳能电池及其制备方法。

背景技术：

现有的硅/导电聚合物异质结太阳能电池的制备过程中，通常是直接在硅基底上直接旋涂导电聚合物材料，然后再进行简单的热处理后就直接蒸镀电极。然而在以硅纳米线作为基底的硅/导电聚合物异质结太阳能电池的制备过程中，硅纳米线与导电聚合物层之间的接触问题，是研究人员的研究热点。

技术实现要素：

本发明的目的是克服上述现有技术的不足，提供一种太阳能电池及其制备方法。

为实现上述目的，本发明提出的一种太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：

1)提供一n型硅片，在所述n型硅片的上表面制备硅纳米线阵列；

2)接着对所述n型硅片的上表面进行钝化处理；

3)第一spiro-ometad层的制备：在步骤2得到的n型硅片的正面旋涂浓度为10-15mg/ml的spiro-ometad溶液，接着在60-80℃下热处理10-15分钟，接着将热处理后的该n型硅片放置于温度为-60—-70℃的环境中，并进行低温处理10-20分钟，形成第一spiro-ometad层；

4)第二spiro-ometad层的制备：在步骤3得到的n型硅片的正面旋涂浓度为5-10mg/ml的spiro-ometad溶液，接着在60-80℃下热处理5-10分钟，接着将热处理后的该n型硅片放置于温度为-65—-75℃的环境中，并进行低温处理5-15分钟，形成第二spiro-ometad层；

5)第三spiro-ometad层的制备：在步骤4得到的n型硅片的正面旋涂浓度为1-5mg/ml的spiro-ometad溶液，接着在60-80℃下热处理3-8分钟，接着将热处理后的该n型硅片放置于温度为-70—-80℃的环境中，并进行低温处理5-10分钟，形成第三spiro-ometad层；

6)接着在所述第三spiro-ometad层上蒸镀一金属银薄层，蒸镀的速率为1-2埃米/秒，蒸镀的时间为5-15秒；

7)pedot:pss层的制备：在步骤6得到的n型硅片的正面旋涂浓度为10-20mg/ml的pedot:pss溶液，并进行退火处理，所述退火处理包括：在升温速率为30-40℃/min的条件下升温至110-120℃，然后热处理10-15分钟，接着将热处理后的该n型硅片放置于温度为-70—-80℃的环境中，并进行低温处理10-20分钟，形成pedot:pss层；

8)在步骤7得到的所述n型硅片上制备正面电极；

9)在步骤8得到的所述n型硅片上制备背面电极。

作为优选，在所述步骤1中，在所述n型硅片的上表面通过湿法刻蚀或者干法刻蚀制备所述硅纳米线阵列，所述硅纳米线阵列中单个硅纳米线的直径为150-300纳米，单个硅纳米线的长度为1-2微米，相邻硅纳米线之间的间距为300-500纳米。

作为优选，在所述步骤2)中，对所述n型硅片进行钝化处理的具体步骤为：将所述n型硅片在hf中浸泡3-6分钟，然后将氢化的所述n型硅片在饱和的五氯化磷的氯苯溶液中进行氯化处理，使得硅-氢键变为硅-氯键，然后对所述n型硅片在甲基氯化镁的四氢呋喃溶液中进行甲基化处理，使得硅-氯键变为硅碳键，以钝化所述n型硅片。

作为优选，在所述步骤3)中，旋涂的转速为3000-4000转/分钟，旋涂的时间为60-90秒；在所述步骤4)中，旋涂的转速为4000-5000转/分钟，旋涂的时间为60-90秒；在所述步骤5)中，旋涂的转速为5000-6000转/分钟，旋涂的时间为60-90秒。

作为优选，在所述步骤7)中，旋涂的转速为3000-4500转/分钟，旋涂的时间为1-2分钟。

作为优选，在所述步骤8)中，形成正面电极的方法为热蒸镀、磁控溅射和电子束蒸镀中的一种，所述正面电极的材料为铜或银，所述正面电极的厚度为100-200纳米，所述正面电极为栅电极。

作为优选，在所述步骤9)中，形成背面电极的方法为热蒸镀、磁控溅射和电子束蒸镀中的一种，所述背面电极的材料为铝，所述背面电极的厚度为100-200纳米。

本发明还提出一种太阳能电池，其采用上述方法制备形成的。

本发明与现有技术相比具有下列优点：

在硅纳米线阵列上依次制备第一spiro-ometad层、第二spiro-ometad层、第三spiro-ometad层以及第一pedot:pss层，通过优化空穴传输层的材料以及结构，且在各spiro-ometad层以及pedot:pss层的退火过程中通过将热处理后的n型硅片立刻置于低温环境中，并进行低温处理一段时间，通过低温处理可以将spiro-ometad和pedot:pss紧紧贴附于硅纳米线的表面，由于spiro-ometad为小分子结构，其体积较小，有利于渗透到硅纳米线的间隙中，因此通过依次旋涂浓度逐渐降低的spiro-ometad溶液，方便其在硅纳米线表面附着的同时，有效修饰了spiro-ometad的成膜性能，进而得到高质量的spiro-ometad层和pedot:pss层，有效避免硅纳米线裸露进而与电极直接接触。通过优化各spiro-ometad层和pedot:pss层的具体退火工艺，有效提高了该太阳能电池光电转换效率。

附图说明

图1为本发明的太阳能电池的结构示意图。

具体实施方式

本发明具体提出的一种太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：

1)提供一n型硅片，在所述n型硅片的上表面制备硅纳米线阵列，在所述步骤1中，在所述n型硅片的上表面通过湿法刻蚀或者干法刻蚀制备所述硅纳米线阵列，所述硅纳米线阵列中单个硅纳米线的直径为150-300纳米，单个硅纳米线的长度为1-2微米，相邻硅纳米线之间的间距为300-500纳米。

2)接着对所述n型硅片的上表面进行钝化处理，在所述步骤2)中，对所述n型硅片进行钝化处理的具体步骤为：将所述n型硅片在hf中浸泡3-6分钟，然后将氢化的所述n型硅片在饱和的五氯化磷的氯苯溶液中进行氯化处理，使得硅-氢键变为硅-氯键，然后对所述n型硅片在甲基氯化镁的四氢呋喃溶液中进行甲基化处理，使得硅-氯键变为硅碳键，以钝化所述n型硅片。

3)第一spiro-ometad层的制备：在步骤2得到的n型硅片的正面旋涂浓度为10-15mg/ml的spiro-ometad溶液，接着在60-80℃下热处理10-15分钟，接着将热处理后的该n型硅片放置于温度为-60—-70℃的环境中，并进行低温处理10-20分钟，形成第一spiro-ometad层。

4)第二spiro-ometad层的制备：在步骤3得到的n型硅片的正面旋涂浓度为5-10mg/ml的spiro-ometad溶液，接着在60-80℃下热处理5-10分钟，接着将热处理后的该n型硅片放置于温度为-65—-75℃的环境中，并进行低温处理5-15分钟，形成第二spiro-ometad层。

5)第三spiro-ometad层的制备：在步骤4得到的n型硅片的正面旋涂浓度为1-5mg/ml的spiro-ometad溶液，接着在60-80℃下热处理3-8分钟，接着将热处理后的该n型硅片放置于温度为-70—-80℃的环境中，并进行低温处理5-10分钟，形成第三spiro-ometad层。

其中，在所述步骤3)中，旋涂的转速为3000-4000转/分钟，旋涂的时间为60-90秒；在所述步骤4)中，旋涂的转速为4000-5000转/分钟，旋涂的时间为60-90秒；在所述步骤5)中，旋涂的转速为5000-6000转/分钟，旋涂的时间为60-90秒。

6)接着在所述第三spiro-ometad层上蒸镀一金属银薄层，蒸镀的速率为1-2埃米/秒，蒸镀的时间为5-15秒。

7)pedot:pss层的制备：在步骤6得到的n型硅片的正面旋涂浓度为10-20mg/ml的pedot:pss溶液，并进行退火处理，所述退火处理包括：在升温速率为30-40℃/min的条件下升温至110-120℃，然后热处理10-15分钟，接着将热处理后的该n型硅片放置于温度为-70—-80℃的环境中，并进行低温处理10-20分钟，形成pedot:pss层，在所述步骤7)中，旋涂的转速为3000-4500转/分钟，旋涂的时间为1-2分钟。

8)在步骤7得到的所述n型硅片上制备正面电极，在所述步骤8)中，形成正面电极的方法为热蒸镀、磁控溅射和电子束蒸镀中的一种，所述正面电极的材料为铜或银，所述正面电极的厚度为100-200纳米，所述正面电极为栅电极。

9)在步骤8得到的所述n型硅片上制备背面电极，在所述步骤9)中，形成背面电极的方法为热蒸镀、磁控溅射和电子束蒸镀中的一种，所述背面电极的材料为铝，所述背面电极的厚度为100-200纳米。

本发明还提出一种太阳能电池，其采用上述方法制备形成的。所述太阳能电池从下至上背面电极1、n型硅片2、硅纳米线阵列3、spiro-ometad层4(其包括第一、第二、第三spiro-ometad层)、金属银薄层5、pedot:pss层6以及正面电极7。

实施例1：

一种太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：

1)提供一n型硅片，在所述n型硅片的上表面制备硅纳米线阵列，在所述步骤1中，在所述n型硅片的上表面通过湿法刻蚀或者干法刻蚀制备所述硅纳米线阵列，所述硅纳米线阵列中单个硅纳米线的直径约为220纳米，单个硅纳米线的长度约为1.5微米，相邻硅纳米线之间的间距约为400纳米。

2)接着对所述n型硅片的上表面进行钝化处理，在所述步骤2)中，对所述n型硅片进行钝化处理的具体步骤为：将所述n型硅片在hf中浸泡5分钟，然后将氢化的所述n型硅片在饱和的五氯化磷的氯苯溶液中进行氯化处理，使得硅-氢键变为硅-氯键，然后对所述n型硅片在甲基氯化镁的四氢呋喃溶液中进行甲基化处理，使得硅-氯键变为硅碳键，以钝化所述n型硅片。

3)第一spiro-ometad层的制备：在步骤2得到的n型硅片的正面旋涂浓度为12mg/ml的spiro-ometad溶液，接着在70℃下热处理12分钟，接着将热处理后的该n型硅片放置于温度为-65℃的环境中，并进行低温处理15分钟，形成第一spiro-ometad层。

4)第二spiro-ometad层的制备：在步骤3得到的n型硅片的正面旋涂浓度为8mg/ml的spiro-ometad溶液，接着在70℃下热处理8分钟，接着将热处理后的该n型硅片放置于温度为-70℃的环境中，并进行低温处理10分钟，形成第二spiro-ometad层。

5)第三spiro-ometad层的制备：在步骤4得到的n型硅片的正面旋涂浓度为3mg/ml的spiro-ometad溶液，接着在70℃下热处理5分钟，接着将热处理后的该n型硅片放置于温度为-75℃的环境中，并进行低温处理7分钟，形成第三spiro-ometad层。

其中，在所述步骤3)中，旋涂的转速为3500转/分钟，旋涂的时间为75秒；在所述步骤4)中，旋涂的转速为45000转/分钟，旋涂的时间为75秒；在所述步骤5)中，旋涂的转速为5500转/分钟，旋涂的时间为75秒。

6)接着在所述第三spiro-ometad层上蒸镀一金属银薄层，蒸镀的速率为1.5埃米/秒，蒸镀的时间为10秒。

7)pedot:pss层的制备：在步骤6得到的n型硅片的正面旋涂浓度为15mg/ml的pedot:pss溶液，并进行退火处理，所述退火处理包括：在升温速率为35℃/min的条件下升温至115℃，然后热处理12分钟，接着将热处理后的该n型硅片放置于温度为-75℃的环境中，并进行低温处理15分钟，形成pedot:pss层，在所述步骤7)中，旋涂的转速为4000转/分钟，旋涂的时间为1.5分钟。

8)在步骤7得到的所述n型硅片上制备正面电极，在所述步骤8)中，形成正面电极的方法为热蒸镀，所述正面电极的材料为铜，所述正面电极的厚度为150纳米，所述正面电极为栅电极。

9)在步骤8得到的所述n型硅片上制备背面电极，在所述步骤9)中，形成背面电极的方法为热蒸镀，所述背面电极的材料为铝，所述背面电极的厚度为150纳米。

上述方法制备的太阳能电池的开路电压为0.62v，短路电流为36.1ma/cm²，填充因子为0.74，光电转换效率为16.6％。

实施例2

一种太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：

1)提供一n型硅片，在所述n型硅片的上表面制备硅纳米线阵列，在所述步骤1中，在所述n型硅片的上表面通过湿法刻蚀或者干法刻蚀制备所述硅纳米线阵列，所述硅纳米线阵列中单个硅纳米线的直径约为300纳米，单个硅纳米线的长度约为2微米，相邻硅纳米线之间的间距约为500纳米。

2)接着对所述n型硅片的上表面进行钝化处理，在所述步骤2)中，对所述n型硅片进行钝化处理的具体步骤为：将所述n型硅片在hf中浸泡6分钟，然后将氢化的所述n型硅片在饱和的五氯化磷的氯苯溶液中进行氯化处理，使得硅-氢键变为硅-氯键，然后对所述n型硅片在甲基氯化镁的四氢呋喃溶液中进行甲基化处理，使得硅-氯键变为硅碳键，以钝化所述n型硅片。

3)第一spiro-ometad层的制备：在步骤2得到的n型硅片的正面旋涂浓度为15mg/ml的spiro-ometad溶液，接着在80℃下热处理10分钟，接着将热处理后的该n型硅片放置于温度为-60℃的环境中，并进行低温处理10分钟，形成第一spiro-ometad层。

4)第二spiro-ometad层的制备：在步骤3得到的n型硅片的正面旋涂浓度为10mg/ml的spiro-ometad溶液，接着在80℃下热处理5分钟，接着将热处理后的该n型硅片放置于温度为-65℃的环境中，并进行低温处理8分钟，形成第二spiro-ometad层。

5)第三spiro-ometad层的制备：在步骤4得到的n型硅片的正面旋涂浓度为5mg/ml的spiro-ometad溶液，接着在80℃下热处理3分钟，接着将热处理后的该n型硅片放置于温度为-70℃的环境中，并进行低温处理5分钟，形成第三spiro-ometad层。

其中，在所述步骤3)中，旋涂的转速为4000转/分钟，旋涂的时间为60秒；在所述步骤4)中，旋涂的转速为5000转/分钟，旋涂的时间为60秒；在所述步骤5)中，旋涂的转速为6000转/分钟，旋涂的时间为60秒。

6)接着在所述第三spiro-ometad层上蒸镀一金属银薄层，蒸镀的速率为1埃米/秒，蒸镀的时间为10秒。

7)pedot:pss层的制备：在步骤6得到的n型硅片的正面旋涂浓度为10mg/ml的pedot:pss溶液，并进行退火处理，所述退火处理包括：在升温速率为40℃/min的条件下升温至110℃，然后热处理15分钟，接着将热处理后的该n型硅片放置于温度为-70℃的环境中，并进行低温处理10分钟，形成pedot:pss层，在所述步骤7)中，旋涂的转速为3000转/分钟，旋涂的时间为1分钟。

8)在步骤7得到的所述n型硅片上制备正面电极，在所述步骤8)中，形成正面电极的方法为热蒸镀，所述正面电极的材料为银，所述正面电极的厚度为200纳米，所述正面电极为栅电极。

9)在步骤8得到的所述n型硅片上制备背面电极，在所述步骤9)中，形成背面电极的方法为热蒸镀，所述背面电极的材料为铝，所述背面电极的厚度为200纳米。

上述方法制备的太阳能电池的开路电压为0.61v，短路电流为35.3ma/cm²，填充因子为0.73，光电转换效率为15.7％。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。