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专利号: 2020107812227
申请人: 常熟理工学院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 基本电气元件
更新日期:2024-02-23
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种硅基叠层太阳能电池,包括底电池结构和顶电池结构,所述顶电池结构层叠于所述底电池结构之上,其特征在于,所述底电池结构包括n型单晶硅衬底,所述n型单晶硅衬底上表面的四周设置SiO2绝缘层以在所述n型单晶硅衬底的中央区域形成受光窗口,所述受光窗口区域的所述n型单晶硅衬底上刻蚀制备上大下小的纳米截头锥孔周期阵列结构,在所述受光窗口区域的所述n型单晶硅衬底及所述纳米截头锥孔周期阵列结构的纳米截头锥孔内壁制备p型掺杂层,在所述纳米截头锥孔内壁的p型掺杂层表面制备Ag反射层,所述n型单晶硅衬底的下表面设置金属薄膜层;所述顶电池结构由下至上依次包括TiO2薄膜层、钙钛矿吸收层、空穴传输层、透明导电薄膜层和金属电极,所述TiO2薄膜层层叠于所述SiO2绝缘层和所述受光窗口区域的所述n型单晶硅衬底表面的所述p型掺杂层之上以及填充于所述纳米截头锥孔内;所述金属电极和所述金属薄膜层分别引出作为导电电极对外电路供电。

2.根据权利要求1所述的硅基叠层太阳能电池,其特征在于,所述纳米截头锥孔周期阵列结构的周期为200~1200nm,所述纳米截头锥孔的大端直径为50~1000nm,所述纳米截头锥孔周期阵列结构的占空比为0.4~0.8。

3.根据权利要求2所述的硅基叠层太阳能电池,其特征在于,所述纳米截头锥孔的深度为400~800nm,所述纳米截头锥孔的小端直径与大端直径比为0.2~0.8,所述纳米截头锥孔的大端直径与深度比为0.2~2。

4.根据权利要求1所述的硅基叠层太阳能电池,其特征在于,所述TiO2薄膜层叠于所述SiO2绝缘层的厚度为50~200nm。

5.根据权利要求1所述的硅基叠层太阳能电池,其特征在于,所述Ag反射层的厚度为10~80nm。

6.一种具备微结构的硅基叠层太阳能电池的制备方法,其特征在于,依次包括步骤:

一、在n型单晶硅衬底上表面利用纳米粒子自组装薄膜掩蔽的亚微米干法刻蚀工艺制备纳米截头锥孔周期阵列结构;二、在所述n型单晶硅衬底上于所述纳米截头锥孔周期阵列结构四周沉积一层SiO2绝缘层形成受光窗口;三、在所述受光窗口区域的所述n型单晶硅衬底及所述纳米截头锥孔周期阵列结构的纳米截头锥孔内壁利用液体硼源高温扩散制备PN结;

四、利用掩模版辅助在所述纳米截头锥孔内壁的p型掺杂层表面制备Ag反射层;五、利用磁控溅射法在SiO2绝缘层和所述受光窗口区域的所述n型单晶硅衬底表面的所述p型掺杂层之上制备TiO2薄膜层作为电子传输层,所述TiO2薄膜层填充嵌入所述纳米截头锥孔内;六、进行退火固化并在所述TiO2薄膜层上利用旋涂法依次制备钙钛矿吸收层和空穴传输层;

七、在所述空穴传输层表面上采用电子束蒸发工艺分别制备透明导电薄膜层和金属电极;

八、在所述n型单晶硅衬底下表面沉积金属薄膜层引出导线作为所述硅基叠层太阳能电池的负极,所述金属电极引出导线作为所述硅基叠层太阳能电池的正极。

7.根据权利要求6所述的具备微结构的硅基叠层太阳能电池的制备方法,其特征在于,所述利用纳米粒子自组装薄膜掩蔽的亚微米干法刻蚀工艺制备纳米截头锥孔周期阵列结构的过程中,采用体积流量为10~22sccm的SF6和体积流量为15~35sccm C4F8混合气体,功率500~900W,偏压15~35V,干法刻蚀时间为0.2~1h,在所述纳米截头锥孔周期阵列结构形成后用去离子水清洗0.5~2h。

8.根据权利要求6所述的具备微结构的硅基叠层太阳能电池的制备方法,其特征在于,所述n型单晶硅衬底的电阻率为1.12~1.35Ω·cm,所述利用液体硼源高温扩散制备PN结时以浓度为10~16mg/cm3的BBr3液态硼源在1000~1350℃下进行高温扩散制备p型掺杂层。

9.根据权利要求6所述的具备微结构的硅基叠层太阳能电池的制备方法,其特征在于,所述利用磁控溅射法制备TiO2薄膜层时,TiO2靶材纯度99.98%,本地真空10-2~10-5torr,工作气体为氩气,所述退火固化时退火温度350~650℃,退火时间为1~3h。