【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于太陽能電池領域，涉及硅太陽電池空穴傳輸薄膜材料、制備方法及太陽能電池。
技術介紹
1、光伏新能源利用自然資源和能源轉換為電能，具有能源充足等優勢，其中，硅太陽電池旨在同時減少表面復合和接觸電阻的鈍化接觸已經引起了廣泛的關注，這對于持續提高晶體硅(c-si)太陽能電池的光電轉換效率(pce)至關重要。然而，制備多晶硅或非晶硅薄膜不僅需要復雜的設備和工藝，還涉及有毒和可燃氣體。此外，非晶硅的寄生吸收又是不可避免的，進一步限制了其繼續發展。
2、硅基太陽能電池中，空穴傳輸材料是至關重要的一種材料，存在種類少，制備方法復雜，薄膜控制精準度較差等問題。
3、采用真空法(原子層沉積、磁控濺射法)沉積薄膜，具有工藝溫度低耗能少，薄膜厚度控制精準雜質少，薄膜質量高的優點。
技術實現思路
1、本專利技術提出硅太陽電池空穴傳輸材料、制備方法及太陽能電池，采用沉積法制備四價金屬離子摻雜第五副族金屬氧化物薄膜的方法，增加第五副族金屬氧化物中的氧空位，得到亞化學計量比的第五副族金屬氧化物薄膜。具有高效、厚度控制精準效果。
2、本專利技術第一方面提供一種硅太陽電池空穴傳輸薄膜材料的制備方法，包括：
3、將第五副族金屬氧化物氣源以及四價金屬氣源作為前驅體，通過沉積方法沉積到加熱的襯底上，獲得金屬離子摻雜的第五副族金屬氧化物薄膜，所述金屬離子摻雜的第五副族金屬氧化物薄膜作為硅太陽電池的空穴選擇性傳輸層；其中，第五副族金屬氧化物氣源包括鉭源或/和鈮源。本
4、作為一種技術方案，所述通過沉積方法沉積到加熱的襯底上，包括：
5、選取氬氣或氮氣作為載氣和吹掃氣；
6、將前驅體通過原子層沉積系統沉積到加熱的襯底上，同時以水蒸氣的形式引入水；
7、控制沉積的薄膜厚度，得到金屬離子摻雜第五副族金屬氧化物薄膜。
8、其中，所述沉積的速率為沉積溫度為100-300℃，加熱的襯底為100-300℃，水蒸氣的溫度為25℃以上，工藝室中水壓為50-150mtorr。通過引入水蒸氣增大薄膜中固定負電荷密度。
9、作為另一種技術方案，所述通過沉積方法沉積到加熱的襯底上，包括：
10、選取氬氣和氧氣的混合氣體作為濺射氛圍；
11、將前驅體通過磁控濺射系統沉積到均勻加熱的襯底上，同時保持一定的工作壓力與襯底溫度；
12、控制沉積的薄膜厚度，得到第五副族金屬氧化物薄膜。
13、其中，所述沉積時襯底溫度保持在100-300℃，工作壓力為0.3-0.5pa；氬氣和氧氣的摩爾比為5:1-20:1。通過減小氛圍中氧氣占比增大薄膜中固定負電荷密度。
14、其中，所述四價金屬氣源包括錫源、鋯源和鈦源中的一種或幾種，可選地，所述四價金屬氣源包括四(二甲氨基)錫、四(二甲氨基)鋯、乙氧基鈦。
15、其中，所述第五副族金屬氧化物氣源包括乙氧基鉭或/和乙氧基鈮，所述四價金屬氣源與所述第五副族金屬氧化物氣源的摩爾比為0.01-0.10：1。
16、本專利技術第二方面包括一種硅太陽電池空穴傳輸薄膜材料，包括上述的制備方法制備而得硅太陽電池空穴傳輸薄膜材料，硅太陽電池空穴傳輸薄膜材料包括金屬離子摻雜的第五副族金屬氧化物薄膜，所述金屬離子摻雜的第五副族金屬氧化物薄膜包括摻雜錫、鋯或鈦的氧化鉭和/或氧化鈮薄膜。
17、其中，所述金屬離子摻雜的第五副族金屬氧化物薄膜的功函數在大于4.96ev；有利于吸引硅表面能帶向上彎曲，吸引空穴通過帶到帶的方式進行傳輸。可選地，金屬離子摻雜的第五副族金屬氧化物薄膜的功函數在大于或等于5.11ev。
18、其中，薄膜的厚度控制為1-20nm。
19、第三方面提供一種硅太陽能電池，包括上述的硅太陽電池空穴傳輸薄膜材料。
20、其中，硅太陽能電池包括銀電極柵線、氮化硅鈍化層、n型發射極、p型單晶硅襯底、空穴傳輸層和銀電極，所述空穴傳輸層包括金屬離子摻雜的第五副族金屬氧化物薄膜。
21、其中，制備的摻雜四價金屬的第五副族金屬氧化物薄膜表現出良好的空穴傳輸性和電子阻擋性。
22、本專利技術硅太陽能電池的制備包括以下步驟：
23、一、采用化學腐蝕法，在p型<100>cz硅片表面制絨處理。rca清洗后，將硅片浸泡在氫氟酸中1min去除表面氧化層；
24、二、將步驟一中的硅片放在管式爐中，以三氯氧磷(pocl3)為前驅體擴散到硅前表面以形成n+發射極；
25、三、將步驟二中的硅片置于等離子體增強化學氣相沉積(pecvd)腔體中，在前表面沉積80nm氮化硅作減反射層；
26、四、將步驟三中的硅片置于熱蒸發腔體中，在前表面制備100nm銀柵電極；
27、五、將硅片置于磁控濺射系統中，在背表面沉積第五副族金屬氧化物薄膜，其中沉積速率為沉積及襯底溫度保持在220℃，工作壓力為0.33pa，濺射氛圍為氬氣與氧氣20：1，通過減小氛圍中氧氣占比增大薄膜中固定負電荷密度，同時控制薄膜厚度為1-20nm。
28、六、將步驟五中的硅片轉移到加熱臺，加熱溫度為60-200℃，加熱時間為5-20min。
29、七、將硅片放入熱蒸發腔體，在背表面沉積100nm銀電極。
30、本專利技術提出的第五副族金屬氧化物薄膜和硅異質結太陽電池的制備方法具有以下優點：
31、1、本專利技術制備第五副族金屬氧化物的方法為沉積法，具體為真空法，制備四價金屬離子摻雜第五副族金屬氧化物薄膜的方法，增加第五副族金屬氧化物中的氧空位，得到亞化學計量比的第五副族金屬氧化物薄膜，取材方便，工藝可以調控，成本低。本專利技術還提出四價金屬離子摻雜第五副族金屬氧化物薄膜作為空穴傳輸層的晶硅異質結太陽電池的制備方法，具有高效、厚度控制精準，低能耗，產業化難度低等優點。
32、2、本專利技術制備的第五副族金屬氧化物薄膜中帶有大量固定負電荷、以吸引空穴通過陷阱輔助隧穿的方式進行傳輸。
33、3、本專利技術通過引入四價金屬(錫、鋯、鈦等)離子，促進了四價還原態的鉭或鈮離子的生成，可以有效增加第五副族金屬氧化物(氧化鉭、氧化鈮)薄膜中的氧空位，顯著提高薄膜的功函數，本專利技術制備出的摻雜金屬離子的第五副族金屬氧化物薄膜的功函數大于4.96ev，比沒有摻雜的薄膜更高，有利于吸引硅表面能帶向上彎曲，吸引空穴通過帶到帶的方式進行傳輸。
34、4、本專利技術制備的摻雜四價金屬的第五副族金屬氧化物薄膜表現出良好的空穴傳輸性和電子阻擋性。
35、5、本專利技術采用原子層沉積、磁控濺射法制備的四價金屬摻雜的第五副族金屬氧化物薄膜作為空穴傳輸層的硅異質結太陽能電池，工藝簡單，效率高，工藝溫度低耗能少，薄膜厚度控制精準雜質少，薄膜質量高等優點。
36、6、本本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種硅太陽電池空穴傳輸薄膜材料的制備方法，其特征在于，包括：
2.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述通過沉積方法沉積到加熱的襯底上，包括：
3.如權利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述沉積的速率為沉積溫度為100-300℃，加熱的襯底為100-300℃，水蒸氣的溫度為25℃以上，工藝室中水壓為50-150mTorr。
4.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述通過沉積方法沉積到加熱的襯底上，包括：
5.如權利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述沉積時襯底溫度保持在100-300℃，工作壓力為0.3-0.5pa；氬氣和氧氣的摩爾比為5:1-20:1。
6.如權利要求1-5任一項所述的制備方法，其特征在于，所述四價金屬氣源包括錫源、鋯源和鈦源中的一種或幾種，可選地，所述四價金屬氣源包括四(二甲氨基)錫、四(二甲氨基)鋯、乙氧基鈦。
7.如權利要求1-6任一項所述的制備方法，其特征在于，所述第五副族金屬氧化物氣源包括乙氧基鉭或/和乙氧基鈮，所述四價金屬氣源與所述第五副族金屬氧化物氣源的摩爾
8.一種硅太陽電池空穴傳輸薄膜材料，其特征在于，包括權利要求1-7任一項所述的制備方法制備而得，硅太陽電池空穴傳輸薄膜材料包括金屬離子摻雜的第五副族金屬氧化物薄膜，所述金屬離子摻雜的第五副族金屬氧化物薄膜包括摻雜錫、鋯或鈦的氧化鉭和/或氧化鈮薄膜。
9.如權利要求8所述的硅太陽電池空穴傳輸薄膜材料，其特征在于，所述金屬離子摻雜的第五副族金屬氧化物薄膜的功函數在大于4.96eV；
10.一種硅太陽能電池，其特征在于，包括權利要求8或9所述的硅太陽電池空穴傳輸薄膜材料，可選地，硅太陽能電池包括銀電極柵線、氮化硅鈍化層、N型發射極、P型單晶硅襯底、空穴傳輸層和銀電極，所述空穴傳輸層包括金屬離子摻雜的第五副族金屬氧化物薄膜。
...【技術特征摘要】
1.一種硅太陽電池空穴傳輸薄膜材料的制備方法，其特征在于，包括：
2.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述通過沉積方法沉積到加熱的襯底上，包括：
3.如權利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述沉積的速率為沉積溫度為100-300℃，加熱的襯底為100-300℃，水蒸氣的溫度為25℃以上，工藝室中水壓為50-150mtorr。
4.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述通過沉積方法沉積到加熱的襯底上，包括：
5.如權利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述沉積時襯底溫度保持在100-300℃，工作壓力為0.3-0.5pa；氬氣和氧氣的摩爾比為5:1-20:1。
6.如權利要求1-5任一項所述的制備方法，其特征在于，所述四價金屬氣源包括錫源、鋯源和鈦源中的一種或幾種，可選地，所述四價金屬氣源包括四(二甲氨基)錫、四(二甲氨基)鋯、乙氧基鈦。
7.如...
【專利技術屬性】
技術研發人員：王朋，劉午淇，余國強，安會蘭，吳小平，崔燦，
申請(專利權)人：浙江理工大學，
類型：發明
國別省市：
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