一種薄膜晶硅鈣鈦礦異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)電池及其制備方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)一種薄膜晶硅鈣鈦礦異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)電池及其制備方法，涉及專門適用于將光能轉(zhuǎn)換為電能的半導(dǎo)體器件，是一種具有電子空穴復(fù)合抑制結(jié)構(gòu)層的薄膜晶硅鈣鈦礦異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)電池，由透明導(dǎo)電基底、P型薄膜晶硅層、電子空穴復(fù)合抑制結(jié)構(gòu)層、鈣鈦礦光吸收層、由致密二氧化鈦構(gòu)成的電子傳輸層和背電極構(gòu)成，其中，鈣鈦礦光吸收層與P型薄膜晶硅層具備相匹配的能級(jí)，在P型晶硅薄膜層與鈣鈦礦光吸收層之間加有SiO2構(gòu)成的電子空穴復(fù)合抑制結(jié)構(gòu)層。本發(fā)明專利技術(shù)克服了現(xiàn)有技術(shù)中的薄膜晶硅鈣鈦礦異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)電池可能存在的漏電流和內(nèi)部短路的缺陷。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)的技術(shù)方案涉及專門適用于將光能轉(zhuǎn)換為電能的半導(dǎo)體器件，具體地說(shuō)是。
技術(shù)介紹
采用薄膜晶硅與鈣鈦礦構(gòu)成的薄膜晶硅鈣鈦礦復(fù)合太陽(yáng)電池，既克服了目前普通鈣鈦礦太陽(yáng)電池因使用有機(jī)空穴傳輸材料而穩(wěn)定性不足、制備成本高的問題，又克服了使用體塊晶硅材料為空穴傳輸材料的鈣鈦礦太陽(yáng)電池硅材料使用量大的缺點(diǎn)，同時(shí)又克服了使用非薄膜晶硅為空穴傳輸材料的鈣鈦礦太陽(yáng)電池因非晶硅材料缺陷多而造成性能下降的缺點(diǎn)，于是提高了太陽(yáng)電池的穩(wěn)定性，降低了成本。CN201410568822.X公開了全固態(tài)鈣鈦礦微晶硅復(fù)合太陽(yáng)電池及其制備方法，但其存在如下不足:第一，微晶硅的沉積速率比較慢，一般不超過(guò)5埃每秒，沉積速度影響了生產(chǎn)效率和成本。要大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)微晶硅薄膜，還需要微晶硅薄膜制備技術(shù)進(jìn)一步提高速度;第二，微晶硅本質(zhì)上是硅的微小晶體顆粒與非晶的混合相，其晶界和內(nèi)表面上的懸掛鍵和缺陷都是光生載流子的復(fù)合中心。與晶體硅材料相比，微晶硅內(nèi)部的光生載流子的復(fù)合使微晶硅材料制備成的太陽(yáng)電池器件的開路電壓等性能受到了限制。現(xiàn)有技術(shù)中的薄膜晶硅鈣鈦礦異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)電池的P型晶硅薄膜層存在大量表面態(tài)因而引起PN結(jié)界面上產(chǎn)生顯著的電子空穴復(fù)合，宏觀上形成PN結(jié)漏電流。此外，在長(zhǎng)期運(yùn)行中，P型晶硅薄膜直接與鈣鈦礦材料接觸，鈣鈦礦材料晶界上的雜質(zhì)以及水汽等其他雜質(zhì)將擴(kuò)散進(jìn)入晶硅薄膜導(dǎo)致電池性能下降。另外，其制備中由于客觀存在的實(shí)際工藝制作誤差和高溫處理帶來(lái)的應(yīng)力變形，在厚度均僅為幾十納米至幾十微米的薄膜晶硅鈣鈦礦異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)電池中，其構(gòu)成中的導(dǎo)電基底、P型晶硅薄膜、鈣鈦礦層、電子傳輸層和背電極各功能層之間存在實(shí)際制備中不連續(xù)的情況，導(dǎo)致實(shí)際制備的薄膜晶硅鈣鈦礦異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)電池中存在鈣鈦礦層與導(dǎo)電基底的直接接觸、P型晶硅薄膜層與電子傳輸層存在直接接觸、P型晶硅薄膜層與背電極的直接接觸、導(dǎo)電基底與背電極的直接接觸，可能造成電池內(nèi)鈣鈦礦層與導(dǎo)電基底短路，P型晶硅薄膜層與電子傳輸層短路，甚至是導(dǎo)電基底與背電極短路，引起電子注入外電路的效率下降，電池效率下降。因此，抑制薄膜晶硅鈣鈦礦異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)電池PN結(jié)界面上產(chǎn)生顯著的電子空穴復(fù)合，以及對(duì)晶硅薄膜進(jìn)行鈍化保護(hù)，抑制薄膜電池的漏電流和內(nèi)部短路，是薄膜晶硅鈣鈦礦異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)電池提高光電轉(zhuǎn)換性能尤其開路電壓，以及提高長(zhǎng)期穩(wěn)定性的一項(xiàng)重要工作。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)所要解決的技術(shù)問題是:提供，是一種具有電子空穴復(fù)合抑制結(jié)構(gòu)層的薄膜晶硅鈣鈦礦異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)電池及其制備方法，在薄膜晶硅鈣鈦礦異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)電池中新增加了一個(gè)電子空穴復(fù)合抑制結(jié)構(gòu)層，克服了現(xiàn)有技術(shù)中的薄膜晶硅鈣鈦礦異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)電池可能存在的漏電流和內(nèi)部短路的缺陷。本專利技術(shù)解決該技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:一種薄膜晶硅鈣鈦礦異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)電池，是一種具有電子空穴復(fù)合抑制結(jié)構(gòu)層的薄膜晶硅鈣鈦礦異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)電池，由透明導(dǎo)電基底、P型薄膜晶硅層、電子空穴復(fù)合抑制結(jié)構(gòu)層、鈣鈦礦光吸收層、由致密二氧化鈦構(gòu)成的電子傳輸層和背電極構(gòu)成，其中，鈣鈦礦光吸收層與P型薄膜晶硅層具備相匹配的能級(jí)，在P型晶硅薄膜層與鈣鈦礦光吸收層之間加有Si02構(gòu)成的電子空穴復(fù)合抑制結(jié)構(gòu)層;其組成順序方式是:P型薄膜晶硅層置于透明導(dǎo)電基底上面，電子空穴復(fù)合抑制結(jié)構(gòu)層被制備在P型薄膜晶硅層上，鈣鈦礦光吸收層置于電子空穴復(fù)合抑制結(jié)構(gòu)層的上面，并與P型薄膜晶硅層形成薄膜晶硅鈣鈦礦異質(zhì)結(jié)，由致密二氧化鈦構(gòu)成的電子傳輸層置于鈣鈦礦光吸收層上面，背電極置于由致密二氧化鈦構(gòu)成的電子傳輸層上面，以上六個(gè)功能層依次疊加，構(gòu)成此一種薄膜晶硅鈣鈦礦異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)電池。上述一種薄膜晶硅鈣鈦礦異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)電池，所述電子空穴復(fù)合抑制結(jié)構(gòu)層的厚度為lnm?200nm。上述一種薄膜晶硅鈣鈦礦異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)電池，所述鈣鈦礦光吸收層所用的鈣鈦礦材料是 CH3NH3Pbl3 或由 CH3NH3Pbl3、CH3NH3PbCl3、CH3NH3Pbl2Cl 和 CH3NH3PbICl2 混合構(gòu)成，厚度為0.05?30um。上述一種薄膜晶硅鈣鈦礦異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)電池，所述P型薄膜晶體硅層的厚度為10?2000nm。上述一種薄膜晶硅鈣鈦礦異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)電池，所述透明導(dǎo)電基底為以玻璃為基底的ΑΖ0、IT0或FT0透明氧化物導(dǎo)電層。上述一種薄膜晶硅鈣鈦礦異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)電池，所述背電極為鋁、銀或銅構(gòu)成的薄層或柵線。上述一種薄膜晶硅鈣鈦礦異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)電池的制備方法，步驟如下:第一步，在透明導(dǎo)電基底上制備P型薄膜晶硅層:(1.1)制備P型α-S1: Η非晶硅薄膜:將透明導(dǎo)電基底放置于PECVD設(shè)備樣品臺(tái)上，通過(guò)PECVD法，在反應(yīng)壓力5Pa?50Pa、襯底溫度50°C?350°C、SiH4氣體流量為0.lsccm?10sccm、H2氣體流量為lsccm?1008(3011、？!13氣體流量為0.000lsccm?lsccm的條件下，在透明導(dǎo)電基底上生長(zhǎng)20?3000nm厚的P型a-S1:H非晶硅薄膜，(1.2)對(duì)P型a-S1:H非晶硅薄膜進(jìn)行脫氫處理:在高純N2氣氛、250°C?550°C的條件下對(duì)上一步所得的P型a-S1:H非晶硅薄膜處理4小時(shí)，完成P型a-S1:H非晶硅薄膜的脫氫處理，(1.3)完成晶硅薄膜的準(zhǔn)分子激光晶化:在反應(yīng)室溫度200°C?400°C、本底真空度1 X 10—4Pa?9 X 10—4Pa條件下，通過(guò)準(zhǔn)分子激光對(duì)上一步得到的P型α-S1: Η非晶娃薄膜進(jìn)行晶化，其中激光波長(zhǎng)為308nm，脈寬為5ns?50ns，頻率從1Hz到1000Hz可調(diào)，能量密度從20mJ/cm2?800mJ/cm2可調(diào)，實(shí)現(xiàn)在非晶硅薄膜相變條件下加熱至熔化，隨著冷卻發(fā)生晶化，由此在透明導(dǎo)電基底上制備得P型薄膜晶硅層，該P(yáng)型薄膜晶體硅層的厚度為10?2000nm;第二步，在P型薄膜晶硅上制備電子空穴復(fù)合抑制結(jié)構(gòu)層:通過(guò)PECVD方法，在反應(yīng)壓力5Pa?50Pa、襯底溫度50°C?350°C、氣體流量為SiH4lsccm?100sccm、N20 20seem?lOOOsccm和N2 408(3011?20008(30]1條件下，在第一步所制得的在透明導(dǎo)電基底上的P型薄膜晶硅層上制備沉積厚度為lnm?200nm的Si02薄膜，SP在透明導(dǎo)電基底上的P型薄膜晶硅層上制備得到電子空穴復(fù)合抑制結(jié)構(gòu)層。第三步，在電子空穴復(fù)合抑制結(jié)構(gòu)層上旋涂鈣鈦礦光吸收層:在上述第二步制得的在透明導(dǎo)電基底上的Ρ型薄膜晶硅層上的電子空穴復(fù)合抑制結(jié)構(gòu)層上旋涂鈣鈦礦光吸收層，采用以下兩種方法中的任意一種:A.單一旋涂法:A-1.CH3NH3I 的制備:制備CH3NH3I的原料是重量百分比濃度為33%的甲胺乙醇溶液和重量百分比濃度為57 %的碘化氫溶液，按體積比為百分比濃度為33%的甲胺乙醇溶液:重量百分比濃度為57 %的碘化氫溶液=2?3:1將兩種溶液混合后放入到250mL的圓底燒瓶?jī)?nèi)，在0°C下，利用恒溫磁力攪拌器不停攪拌1.5?2小時(shí)，攪拌完畢后利用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀在50°C下通過(guò)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)去除溶劑，之后將獲得的白色固體用乙醚清洗三次，具體清洗步驟為:先將前述獲得的白色固體重新全部溶解在乙醇中，再不斷地添加干乙醚析出沉淀物，此過(guò)程重復(fù)兩次，最后將得到的白色固體放入到真空干燥箱中，在60°C和真空度為5 X104Pa的條件下干燥24本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種薄膜晶硅鈣鈦礦異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)電池，其特征在于：是一種具有電子空穴復(fù)合抑制結(jié)構(gòu)層的薄膜晶硅鈣鈦礦異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)電池，由透明導(dǎo)電基底、P型薄膜晶硅層、電子空穴復(fù)合抑制結(jié)構(gòu)層、鈣鈦礦光吸收層、由致密二氧化鈦構(gòu)成的電子傳輸層和背電極構(gòu)成，其中，鈣鈦礦光吸收層與P型薄膜晶硅層具備相匹配的能級(jí)，在P型晶硅薄膜層與鈣鈦礦光吸收層之間加有SiO2構(gòu)成的電子空穴復(fù)合抑制結(jié)構(gòu)層；其組成順序方式是：P型薄膜晶硅層置于透明導(dǎo)電基底上面，電子空穴復(fù)合抑制結(jié)構(gòu)層被制備在P型薄膜晶硅層上，鈣鈦礦光吸收層置于電子空穴復(fù)合抑制結(jié)構(gòu)層的上面，并與P型薄膜晶硅層形成薄膜晶硅鈣鈦礦異質(zhì)結(jié)，由致密二氧化鈦構(gòu)成的電子傳輸層置于鈣鈦礦光吸收層上面，背電極置于由致密二氧化鈦構(gòu)成的電子傳輸層上面，以上六個(gè)功能層依次疊加，構(gòu)成此一種薄膜晶硅鈣鈦礦異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)電池。

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：田漢民，畢文剛，張?zhí)?/a>，花中秋，戎小瑩，楊瑞霞，王偉，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：河北工業(yè)大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：天津;12