一種硅基鈣鈦礦疊層太陽電池及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明屬新型疊層太陽電池領(lǐng)域，具體為一種硅基鈣鈦礦疊層太陽電池及其制造方法，將硅基HIT太陽電池與新型鈣鈦礦薄膜太陽電池相結(jié)合，具有金屬背電極/N型硅片/i-a-Si:H/p-a-SiOx:H/n-a-SiOx:H/CH3NH3PdI3-xClx/p-a-SiOx:H/TCO（FTO，ITO，AZO)和金屬背電極/P型硅片/i-a-Si:H/n-a-SiOx:H/p-a-SiOx:H/CH3NH3PdI3-xClx/n-a-SiOx:H/TCO（FTO，ITO，AZO)兩種結(jié)構(gòu)，具有帶隙匹配良好、能更多吸收太陽能光譜，有效提高太陽電池光電轉(zhuǎn)換效率。
【專利說明】一種硅基鈣鈦礦疊層太陽電池及其制造方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本專利涉及一種硅基鈣鈦礦疊層太陽電池及其制造方法，屬于新型疊層太陽電池領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002]能源是人類賴以生存的戰(zhàn)略性基礎(chǔ)資源，也是經(jīng)濟、社會發(fā)展必不可少的動力源泉。地球上的石化能源正在不斷減少，化石能源的利用給環(huán)境帶來了嚴重的污染。因此，力口強可再生能源的開發(fā)利用，大力發(fā)展“低碳經(jīng)濟”，是應(yīng)對能源、環(huán)境問題，實現(xiàn)人類社會可持續(xù)發(fā)展的必由之路。太陽能是一種取之不盡、用之不竭的清潔能源。高效、低成本、方便地利用太陽能，已成為科研工作者的一項重大課題。光伏技術(shù)是太陽能研究領(lǐng)域中一個重要的發(fā)展方向，其通過太陽電池將太陽能轉(zhuǎn)換為電能，因此，太陽電池是光伏技術(shù)的核心。以硅基材料為基礎(chǔ)的硅太陽電池以成熟的制備工藝，在各種光伏器件中占據(jù)主導(dǎo)地位。此外，自2009年以來一類以金屬齒化物與有機燒氨雜化的I丐鈦礦(perovskite)結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體為光吸收層的所謂I丐鈦礦太陽電池引起人們注意。文獻“A.Kojima, K.Teshima, Y.Shirai,T.Miyasaka, J.Am.Chem.Soc.2009, 131，6050.”首先報道了采用鈣鈦礦材料作為吸收層的太陽電池；文獻“Μ.M.Lee, J.Teuscher, T.Miyasaa, T.N.Murami, H.J.Snaith,Science (2012)，，、“Mingzhen Liu, Michael B.Johnston & Henry J.Snaith, Nature(2013)” 和 “Dianyi Liu and Timothy L.Kelly, Nature (2013) ”跟進報道并在較短的時間內(nèi)其光電轉(zhuǎn)換效率從起初的4%迅速提高到15%以上并即將達到20%。美國加州斯坦福大學(xué)M.McGehee小組報道，他們研制的鈣鈦礦/CIGS疊層電池效率達到18.6%。另一方面，一種結(jié)合晶體硅和非晶硅優(yōu)勢為一體的異質(zhì)結(jié)薄膜硅太陽電池(HIT)近年來發(fā)展迅速，其光電轉(zhuǎn)換效率已突破25%。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對【背景技術(shù)】中各類太陽電池的優(yōu)勢與缺點，本專利提出硅基鈣鈦礦疊層太陽電池及其制造方法，將硅基HIT太陽電池與新型鈣鈦礦薄膜太陽電池相結(jié)合，提出帶隙為
1.12eV的硅基材料與帶隙為1.5eV的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)烷氨金屬鹵化物(CH3NH3PdI3_xClx)疊層太陽電池及其制造方法。本發(fā)明包括兩種結(jié)構(gòu)，分別為:
金屬背電極 /N 型硅片 /1-a-S1:H/p-a-S1x:H/n-a-S1x:H/CH3NH3PdI3_xClx/p-a_S1x:H
/TCO (FT0, ΙΤΟ, ΑΖ0)和金屬背電極 /P 型硅片 /i_a_S1:H/n-a_Si0x:H/p-a-Si0x:H /CH3NH3PdI3_xClx/n-a-S1x:H/TCO (FT0, ITO, AZ0)兩種結(jié)構(gòu)。
[0004]本發(fā)明提供一種硅基鈣鈦礦疊層太陽電池的制造方法，其技術(shù)方案包括:
1)采用單晶硅片為基底，對其進行腐蝕清洗處理，而后用N2吹干；
2)利用絲網(wǎng)印刷技術(shù)在單晶硅片上制備背電極并進行燒結(jié)；
3)清洗腐蝕晶體硅片的另一面； 4)利用PECVD等在單晶娃片的清潔面制備本征娃薄層(?5nm)和兩層a_S1x:HΓ?0-20ηπι)隧道結(jié)；
5)利用熱蒸發(fā)技術(shù)在隧道結(jié)硅基薄膜上制備(CH3NH3PdI3_xClx)吸收層；
6)在(CH3NH3PdI3_xClx)吸收層上利用PECVD技術(shù)制備a_S1X:H硅基窗口層薄膜；
7)利用濺射或蒸發(fā)技術(shù)制備TCO(FT0, ΙΤΟ, ΑΖ0)薄膜。
[0005]本發(fā)明與公知技術(shù)相比具有的優(yōu)點及積極效果:
本專利提供的硅基鈣鈦礦疊層太陽電池及其制造方法，利用單晶硅HIT薄膜太陽電池及鈣鈦礦型薄膜異質(zhì)結(jié)形成疊層太陽電池，帶隙匹配良好、更多吸收太陽能光譜，有效提高太陽電池光電轉(zhuǎn)換效率。
[0006]【專利附圖】

【附圖說明】:
圖1為本發(fā)明提供的硅基鈣鈦礦疊層太陽電池及其制造方法的工藝流程圖；
圖2為本發(fā)明提供的硅基鈣鈦礦疊層太陽電池結(jié)構(gòu)圖1 ;
圖3為本發(fā)明提供的硅基鈣鈦礦疊層太陽電池結(jié)構(gòu)圖2 ；
【具體實施方式】:
實施例1
本實施例按以下步驟:
1)采用N型單晶硅片為基底，利用混合酸腐蝕去除表面氧化層，單晶硅片厚度為20(T250nm，再依次使用丙酮、無水乙醇和去離子水分別對N型硅基底進行超聲清洗10?15min，N2 吹干；
2)采用絲網(wǎng)印刷技術(shù)，在硅片背面刷上Ag/Al漿，退火處理制備背電極，再次利用混合酸腐蝕去除表面氧化層，并使用丙酮、無水乙醇和去離子水分別硅片正面進行超聲清洗10?15min，N2 吹干；；
3)利用三室等離子體增強汽相化學(xué)沉積(PECVD)鍍膜系統(tǒng)，系統(tǒng)本底真空為6X10_5Pa ;在本征室中以SiH4,H2等為放電氣體，在合適的生長壓力、氫稀釋比、襯底溫度和功率密度條件下，制備本征非晶硅層，厚度約飛nm ；
4)P型摻雜室中,放電氣體為氫氣、娃燒(SiH4)XO2和摻雜氣體(5%的氫稀釋)氟化硼(BF3)為放電氣體，生長時的壓力、溫度和功率密度分別為10(Tl20Pa、20(TC、100?200mW/cm2,制備 p-a_S1x:H,厚度為 10?20nm ;
5)N型摻雜室中，以氫氣、SiH4, CO2，和10%的稀釋磷烷(PH3+H2)為放電氣體，襯底溫度15(T200°C，放電功率密度 100 ?200mW/cm2，制備 n-a_S1x:H，厚度為 20?25nm ；
6)80°C襯底溫度、1Pa氣壓條件下真空沉積300nmABX3有機無機雜化鈣鈦礦吸收層；
7)P型摻雜室中,放電氣體為氫氣、娃燒(SiH4)XO2和摻雜氣體(5%的氫稀釋)氟化硼(BF3)為放電氣體，生長時的壓力、溫度和功率密度分別為10(Tl20Pa、20(TC、100?200mW/cm2,制備 p-a_S1x:H,厚度為 10?20nm ;
8)利用磁控濺射鍍膜系統(tǒng)在P層硅薄膜表面濺射制備ITO透明導(dǎo)電氧化層，本底真空為6.0X 10_4pa，工作壓強為1.(Tl.5pa，ITO陶瓷靶為靶材，濺射氣體為純度為99.999%的Ar，濺射功率為60?120W，厚度為60_70nm。
[0007]實施例2 本實施例按以下步驟: 1)采用P型單晶硅片為基底，利用混合酸腐蝕去除表面氧化層，單晶硅片厚度為20(T250nm，再依次使用丙酮、無水乙醇和去離子水分別對P型硅基底進行超聲清洗10?15min，N2 吹干；
2)采用絲網(wǎng)印刷技術(shù)，在硅片背面刷上Ag/Al漿，退火處理制備背電極，再次利用混合酸腐蝕去除表面氧化層，并使用丙酮、無水乙醇和去離子水分別硅片正面進行超聲清洗10?15min，N2 吹干；；
3)利用三室等離子體增強汽相化學(xué)沉積(PECVD)鍍膜系統(tǒng)，系統(tǒng)本底真空為6X10_5Pa ;在本征室中以SiH4,H2等為放電氣體，在合適的生長壓力、氫稀釋比、襯底溫度和功率密度條件下，制備本征非晶硅層，，厚度約飛nm ；
4)N型摻雜室中，以氫氣、SiH4, CO2，和10%的稀釋磷烷(PH3+H2)為放電氣體，襯底溫度15(T200°C，放電功率密度 100 ?200mW/cm2，制備 n-a_S1x:H，厚度為 20?25nm ；
5)P摻雜室中，放電氣體為氫氣、娃燒(SiH4)、CO2和摻雜氣體(5%的氫稀釋)氟化硼(BF3)為放電氣體，生長時的壓力、溫度和功率密度分別為10(Tl20Pa、20(TC、100?200mW/cm2,制備 p-a_S1x:H,厚度為 10?20nm ;
6)80°C襯底溫度、1Pa氣壓條件下真空沉積300nmABX3有機無機雜化鈣鈦礦吸收層；
7)N型摻雜室中，以氫氣、SiH4, CO2，和10%的稀釋磷烷(PH3+H2)為放電氣體，襯底溫度15(T200°C，放電功率密度 100 ?200mW/cm2，制備 n-a_S1x:H，厚度為 20?25nm ；
8)利用磁控濺射鍍膜系統(tǒng)在P層硅薄膜表面濺射制備ITO透明導(dǎo)電氧化層，本底真空為6.0X 10_4pa，工作壓強為1.(Tl.5pa，ITO陶瓷靶為靶材，濺射氣體為純度為99.999%的Ar，濺射功率為60?120W，厚度為60_70nm。
【權(quán)利要求】
1.一種硅基鈣鈦礦疊層太陽電池及其制造方法，其特征是:“將硅基HIT太陽電池與新型鈣鈦礦薄膜太陽電池相結(jié)合，提出帶隙為1.12eV的硅基材料與帶隙為1.5eV的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)烷氨金屬鹵化物(CH3NH3PdI3_xClx)疊層太陽電池及其制造方法，其結(jié)構(gòu)為金屬背電極 /N 型硅片 /1-a-S1:H/p-a-S1x:H/n-a-S1x:H/CH3NH3PdI3_xClx/p-a-S1x:H/TCO (FTO,ΙΤΟ, ΑΖ0)和金屬背電極 /P 型硅片 /1-a-S1:H/n-a-S1x:H/p-a-S1x:H/CH3NH3PdI3_xClx/n-a-Si0x:H/TC0 (FTO, ΙΤΟ, ΑΖ0)兩種結(jié)構(gòu)”。
【文檔編號】H01L31/18GK104269451SQ201410526958
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年10月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月9日
【發(fā)明者】胡志華, 施光輝, 劉小嬌 申請人:云南師范大學(xué)