一种有机背接触太阳能电池及其制备方法

专利2026-02-27  6


本发明属于太阳能电池,尤其涉及一种有机背接触太阳能电池及其制备方法。


背景技术:

1、气候变化异常和全球变暖已经成为人类所面临的生存危机,在此背景下,绿色低碳和节能减排已成为全球关注的焦点话题。从能源供应角度来讲,绿色无污染的清洁能源代替传统的化石能源,可以很好地降低二氧化碳的排放,太阳能作为一种取之不尽,用之不竭的清洁能源,具有零污染,资源丰富等特点,太阳能电池作为一种将太阳能转化为电能的器件,已有大规模的应用与研究,目前太阳能电池的研究方向大致可以分为两类,一类是提升效率,另一类是降低成本。

2、太阳能电池中,pedot:pss有机杂化太阳能电池的制备工艺简单,具有较低的制备成本,但是目前的制备方法获得的电池效率较低,可通过改变pedot:pss有机杂化太阳能电池的结构,例如采用背接触叉指太阳能电池,实现更高的转换效率,但是更高效率结构的有机背接触太阳能电池在实际制作过程中,制作难度大,难以实现。

3、虽然现有的背接触pedot:pss有机杂化太阳能电池的转换效率更高,但其工艺也更加复杂,制备过程中图案化困难,一般是将pedot:pss全面旋涂在电子传输层和负极的上面,然后沉积一层全面ag电极,这样的工艺一方面存在一定的漏电流问题,另外一方面负极主栅只能放在电池侧边,并且限制负极材料的选择;此外,由于要保证负极金属和pedot:pss绝缘性,因此会造成电池实际转换效率与理论转换效率存在一定的差异。


技术实现思路

1、针对上述背景技术中指出的不足,本发明提供了一种有机背接触太阳能电池及其制备方法,旨在解决上述背景技术中现有存在的问题。

2、为实现上述目的,本发明采用的技术方案是:

3、一种有机背接触太阳能电池的制备方法,该方法包括以下步骤:

4、(1)以单晶硅为基底进行清洗制绒,制绒完成之后,用pecvd的方式在正面沉积非晶硅i层和减反层sinx,或者在正面旋涂一层5wt%的nafion溶液;

5、(2)在电池片背面首先全面旋涂一层liac作为电子传输层,退火后,在其上通过热蒸发的方式沉积一层al充当负极,热蒸发完成之后,在背面旋涂一层光刻胶,通过曝光显影之后,进行盐酸刻蚀,刻蚀完成之后用有机溶剂退去光刻胶;

6、(3)在背面旋涂一层改性pedot:pss溶液,交联退火后,通过水显影,显影时注意与之前的al层形成套刻,将负极区域显开;所述改性pedot:pss溶液由pedot:pss、表面活性剂、光引发剂、乙二醇配制而成;

7、(4)通过丝网印刷超低温银浆的方式,制备电池正极。

8、进一步地,步骤(1)中,所述基底采用n型cz单晶硅基底,电阻率为1~5 ω·cm,所述基底的厚度为80~200μm。

9、进一步地,步骤(2)中,所述旋涂的速度为4000~6000rpm,旋涂加速度为200~400rpm/s,旋涂时间为50~60s;所述退火的温度为110~140℃,退火时间为10~15分钟。

10、进一步地,步骤(3)中,所述旋涂的速度为2000~4000rpm,旋涂加速度为200~400rpm/s,旋涂时间为50~60s;所述退火的步骤中,对于硅片基底,退火温度为110~130℃,退火时间为10~15分钟。

11、利用上述制备方法制备得到的有机背接触太阳能电池,包括设置于电池正面的非晶硅i层和减反层sinx,或者设置于电池正面的nafion膜层,以及设置于电池背面的空穴传输层和电子传输层,所述空穴传输层采用改性pedot:pss薄膜,所述电子传输层采用liac,所述空穴传输层和电子传输层呈呈叉指状分布,空穴传输层和电子传输层中间存在绝缘区,电池的负极采用al,电池的正极采用ag;所述改性pedot:pss薄膜由改性pedot:pss溶液经旋涂,交联退火,显影而成,所述改性pedot:pss溶液由pedot:pss、表面活性剂、光引发剂、乙二醇配制而成。

12、进一步地,改性pedot:pss薄膜的厚度为50~100 nm,所述改性pedot:pss溶液中,表面活性剂质量分数为0.1%~0.5%,光引发剂的质量分数为0.1%~0.5%,乙二醇的质量分数为6%~8%。

13、进一步地,所述空穴传输层的宽度为400~800μm,电子传输层的宽度200~400μm,空穴传输层和电子传输层的宽度比为1.5~2,所述绝缘区的宽度为30~100μm。

14、进一步地,所述正极采用的ag的厚度为3~5μm,负极采用的al的厚度为500~800nm。

15、进一步地,所述电池正面为制绒表面,金子塔的尺寸为3~5μm,电池正面采用化学钝化的非晶硅i层的厚度为5~10nm,所述非晶硅i层上面减反层sinx的厚度为30~60nm。

16、相比于现有技术的缺点和不足,本发明具有以下有益效果:

17、1、本发明电池背面的空穴传输层采用改性pedot:pss薄膜,利用改性pedot:pss薄膜的特殊性能较为简单地实现了更高效率结构的太阳能电池的制备,解决了理想背接触太阳能电池结构难以实现的困难。

18、2、本发明提供的有机背接触太阳能电池制备方法中,由于改性后的pedot:pss 薄膜通过去离子水就可以实现图案化,因此消除了负极材料与pedot:pss的漏电通道,提升了背接触电池的效率和稳定性。

19、3、本发明提供的有机背接触太阳能电池制备方法能够实现较大面积的电池制备,提升了电池的应用前景。



技术特征:

1.一种有机背接触太阳能电池的制备方法,其特征在于,该方法包括以下步骤:

2.如权利要求1所述的有机背接触太阳能电池的制备方法,其特征在于,步骤(1)中,所述基底采用n型cz单晶硅基底,电阻率为1~5 ω·cm,所述基底的厚度为80~200μm。

3.如权利要求1所述的有机背接触太阳能电池的制备方法,其特征在于,步骤(2)中,所述旋涂的速度为4000~6000rpm,旋涂加速度为200~400rpm/s,旋涂时间为50~60s;所述退火的温度为110~140℃,退火时间为10~15分钟。

4.如权利要求1所述的有机背接触太阳能电池的制备方法,其特征在于,步骤(3)中,所述旋涂的速度为2000~4000rpm,旋涂加速度为200~400rpm/s,旋涂时间为50~60s;所述退火的步骤中,对于硅片基底,退火温度为110~130℃,退火时间为10~15分钟。

5.一种利用权利要求1-4任一项所述的制备方法制备得到的有机背接触太阳能电池,其特征在于,包括设置于电池正面的非晶硅i层和减反层sinx,或者设置于电池正面的nafion膜层,以及设置于电池背面的空穴传输层和电子传输层,所述空穴传输层采用改性pedot:pss薄膜,所述电子传输层采用liac,所述空穴传输层和电子传输层呈呈叉指状分布,空穴传输层和电子传输层中间存在绝缘区,电池的负极采用al,电池的正极采用ag;所述改性pedot:pss薄膜由改性pedot:pss溶液经旋涂,交联退火,显影而成,所述改性pedot:pss溶液由pedot:pss、表面活性剂、光引发剂、乙二醇配制而成。

6.如权利要求5所述的有机背接触太阳能电池,其特征在于,所述改性pedot:pss薄膜的厚度为50~100 nm,所述改性pedot:pss溶液中,表面活性剂质量分数为0.1%~0.5%,光引发剂的质量分数为0.1%~0.5%,乙二醇的质量分数为6%~8%。

7.如权利要求5所述的有机背接触太阳能电池,其特征在于,所述空穴传输层的宽度为400~800μm,电子传输层的宽度200~400μm,空穴传输层和电子传输层的宽度比为1.5~2,所述绝缘区的宽度为30~100μm。

8.如权利要求5所述的有机背接触太阳能电池,其特征在于,所述正极采用ag的厚度为3~5μm,负极采用al的厚度为500~800nm。

9.如权利要求5所述的有机背接触太阳能电池,其特征在于,所述电池正面为制绒表面,金子塔的尺寸为3~5μm,电池正面采用化学钝化的非晶硅i层的厚度为5~10nm,所述非晶硅i层上面减反层sinx的厚度为30~60nm。


技术总结
本发明公开一种有机背接触太阳能电池及其制备方法,该有机背接触太阳能电池正面包括减反层和钝化层,电池背面包括电子传输层LiAc、空穴传输层、正电极Ag、负电极Al,空穴传输层采用改性PEDOT:PSS薄膜;电池正面制备完成后,在电池背面先全面旋涂一层LiAc作为电子传输层,退火后,在其上通过热蒸发的方式沉积一层Al,之后在背面旋涂一层光刻胶,曝光显影刻蚀后,在背面旋涂一层改性PEDOT:PSS溶液,交联退火后,水显影;再制备电池正极。其中,改性PEDOT:PSS溶液由PEDOT:PSS、表面活性剂、光引发剂、乙二醇配制而成。本发明的制备方法能够通过较为简单的工艺制得更高效率结构的太阳能电池,消除了负极材料与PEDOT:PSS之间的漏电通道,提升了背接触电池的效率和稳定性。

技术研发人员:刘奇明,安越,范子宁,崔立言,李彦正,贺德衍
受保护的技术使用者:兰州大学
技术研发日:
技术公布日:2024/6/26
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