CN105870253B - 一种WS2/Si异质结太阳能电池制备方法 - Google Patents
一种WS2/Si异质结太阳能电池制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN105870253B CN105870253B CN201610258405.4A CN201610258405A CN105870253B CN 105870253 B CN105870253 B CN 105870253B CN 201610258405 A CN201610258405 A CN 201610258405A CN 105870253 B CN105870253 B CN 105870253B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- silicon chip
- silicon
- thickness
- monocrystalline silicon
- solar battery
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims description 20
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 67
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 66
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 66
- ITRNXVSDJBHYNJ-UHFFFAOYSA-N tungsten disulfide Chemical compound S=[W]=S ITRNXVSDJBHYNJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 35
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 32
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 23
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 18
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 18
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims abstract description 9
- 238000005566 electron beam evaporation Methods 0.000 claims abstract description 8
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 238000002207 thermal evaporation Methods 0.000 claims abstract description 8
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims abstract description 5
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 34
- 239000010453 quartz Substances 0.000 claims description 32
- 239000003708 ampul Substances 0.000 claims description 25
- ZNOKGRXACCSDPY-UHFFFAOYSA-N tungsten trioxide Chemical compound O=[W](=O)=O ZNOKGRXACCSDPY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 12
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 9
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 239000005864 Sulphur Substances 0.000 claims description 9
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 8
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 7
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 7
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims description 7
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 claims description 7
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims description 6
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 6
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 6
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims description 5
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- LDDQLRUQCUTJBB-UHFFFAOYSA-N ammonium fluoride Chemical compound [NH4+].[F-] LDDQLRUQCUTJBB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 4
- DDFHBQSCUXNBSA-UHFFFAOYSA-N 5-(5-carboxythiophen-2-yl)thiophene-2-carboxylic acid Chemical compound S1C(C(=O)O)=CC=C1C1=CC=C(C(O)=O)S1 DDFHBQSCUXNBSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 3
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims description 3
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 3
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 230000003139 buffering effect Effects 0.000 claims 1
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 15
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 12
- 239000010408 film Substances 0.000 abstract description 11
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 7
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 5
- 238000000151 deposition Methods 0.000 abstract description 4
- 239000010409 thin film Substances 0.000 abstract description 4
- 239000007792 gaseous phase Substances 0.000 abstract description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 abstract description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 abstract 1
- 235000008216 herbs Nutrition 0.000 abstract 1
- 238000000623 plasma-assisted chemical vapour deposition Methods 0.000 abstract 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 abstract 1
- 238000004073 vulcanization Methods 0.000 abstract 1
- 210000002268 wool Anatomy 0.000 abstract 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 5
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 5
- 241000165940 Houjia Species 0.000 description 4
- 238000011161 development Methods 0.000 description 4
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 4
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 description 3
- RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N Diethyl ether Chemical compound CCOCC RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 2
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 230000035800 maturation Effects 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 238000004377 microelectronic Methods 0.000 description 1
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 238000002161 passivation Methods 0.000 description 1
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000012827 research and development Methods 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
- H01L31/06—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers
- H01L31/072—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers the potential barriers being only of the PN heterojunction type
- H01L31/074—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers the potential barriers being only of the PN heterojunction type comprising a heterojunction with an element of Group IV of the Periodic Table, e.g. ITO/Si, GaAs/Si or CdTe/Si solar cells
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
本发明公开了一种制备二硫化钨/ 硅（WS2 / Si）异质结太阳能电池的方法，主要工艺是：对p型单晶硅片清洗、制绒后置于PECVD***中制备出本征非晶硅薄膜层；经WO3的硫化制备出WS2 薄膜层；在其反面热蒸发金属铝背电极，正面采用电子束蒸发制备出钯薄膜构成上电极，得到异质结太阳能电池。该化学气相沉积方法可制备出面积大、分布均匀、高结晶性的纳米WS2薄膜材料，有很好的载流子迁移率和带隙可调控优点，且实验方法简单、工艺可控、易操作、成本较低、光电转换效率高，能够实现太阳能的有效转换。
Description
技术领域
本发明属于微电子及光电子技术领域，更具体地，涉及一种二硫化钨/硅异质结太阳电池的制备工艺。
背景技术
现今世界，资源、环境问题日益突出，全球能源危机和碳排放问题日趋严重，作为清洁能源的太阳能，因其可再生性和无环境污染而成为当今各国大力开发的新能源，以太阳能光电利用为标志的光伏产业得以迅猛发展，太阳能电池的研发便成为近年来发展最快、最具有活力的领域之一。太阳能电池又称“太阳能芯片”或“光电池”，是一种可将能量转换的光电元件，目前制约其发展的两个关键问题就是：提高转换效率和降低成本。
太阳能电池是利用半导体材料的光伏效应原理把太阳光能转换为电能的一种装置，硅是当前最常用的太阳能电池材料，由该材料制备的太阳能电池转换效率高，技术也相对成熟。目前，虽然在太阳能电池中硅系太阳能电池是发展最成熟的，但由于成本居高不下，严重影响到其大规模推广应用；随着技术的发展，现今的硅系太阳能电池，其效率近理论极限，要想再进一步提高转换效率是非常困难的；因此，太阳能电池的发展离不开对新的半导体材料的选择和制备工艺的改进。
二硫化钨（WS2 ）的天然矿物为辉钨矿，在自然界中较为稀少，主要通过化学方法制取；因其具有抗辐射性和良好的热稳定性及化学稳定性，是优良的半导体材料；层状结构的WS2在可见光范围具有宽的带隙且带隙可调的物理性质、较高的载流子迁移率等特点，已成为目前半导体材料领域研究的热点之一；由该材料与硅Si制备的WS2 / Si异质结太阳电池具有优良的光伏效应，且具有工艺简单、易于操作等特点，在降低器件成本的同时，能有效吸收转换太阳光。另外，已实现二硫化钨薄层大尺寸、均匀制取，因此，WS2 / Si异质结太阳能电池具有良好应用前景。
发明内容
本发明所解决的问题在于提供一种二硫化钨/硅异质结太阳能电池制备方法，实现太阳能的有效转换。
一种二硫化钨/硅异质结太阳能电池的制备，包括以下步骤：
(1)采用丙酮溶液对单晶硅片进行超声清洗，去除硅片表面的有机污垢，并采用酒精对所述硅片进行超声清洗去除所述硅片表面的丙酮，去离子水冲洗3次。
(2)采用缓冲蚀刻液BOE清洗上述硅片，去除表面氧化层，然后去离子水中冲洗，用氮气吹干。清洗后的单晶硅片记作单晶硅片A。
(3)采用1.1 ~ 2 wt % NaOH和1 ~ 3 vol% IPA的混合溶液在70 ~ 90 °C条件下腐蚀P型硅片A 15 ~ 26 min。绒面制备后表面成倒金字塔状结构的单晶硅片记作硅片B。
(4)在PECVD***中通入NH3，用NH3等离子轰击B表面，从而钝化B表面。流量控制在20 ~ 30 sccm，真空室压强保持在0.5 ~ 1.2 Pa。
(5)在PECVD***中通入SiH4，流量控制在30 ~ 60 sccm，真空室压强保持在80 ~100Pa。时间2 ~ 4 min, 功率 80 ~ 150W，形成附有本征非晶硅薄膜的硅片C。
(6) 将三氧化钨粉末WO3（1mg）分散在乙醇中，然后将其放在硅片C表面上。
(7) 将盛有硫粉S（100mg ~ 500mg）的石英舟置于加热炉石英管通风口上流低温区，温度200 ~ 250℃，表面盛有WO3的硅片C置于炉中央，向石英管充入保护气体Ar 10 ~15 min以排净空气，然后加热石英管至500℃ ~ 600℃。其中Ar气流量为10 ~ 100 sccm。
(8) 保持上述Ar气流量不变，以 3 ℃/min~5℃/min缓慢加热石英管至750 ~ 900℃，恒温5 ~ 30 min后冷却至室温，形成附有WS2薄膜的硅片D。
(9)在上述硅片的反面热蒸发金属铝背电极，并在H2气氛下退火。退火温度为450℃±20℃，退火处理时间为25 ~ 35 min；附有Al电极的硅片记作硅片E。
(10)E正面含有二硫化钨，其上采用电子束蒸发制备厚度为50 ~ 200nm的钯薄膜构成上电极，形成异质结太阳能电池。
其中，所述单晶硅片为p型单晶硅片，厚度150微米~300微米，电阻率0.2Ω•㎝ ~1.0Ω•㎝。
其中，步骤(2)中，BOE液为体积比6:1的NH4F和HF混合溶液；其中氟化铵溶液的浓度为35 wt% ~ 45 wt%，氢氟酸溶液浓度为45 wt% ~ 55 wt% 。
其中，步骤(6)中，金属氧化物WO3的纯度为大于99.95%，硫粉S的纯度为大于99.95%。
本发明提供了一种采用上述的制备方法获得的异质结太阳能电池，其特征在于，从下往上依次为Al背电极、p型单晶硅、本征非晶硅薄膜、二硫化钨薄层、Pd。
其中所述金属Al背电极厚度为100 ~ 300纳米；p型单晶硅厚度为150微米 ~ 300微米；本征非晶硅薄膜厚度2 ~ 8纳米；二硫化钨薄层厚度为10~ 60纳米；Pd金属层厚度为50 ~ 200纳米。
本发明提供的制备方法能够得到大面积、均匀、高结晶性能的二硫化钨层，与p型单晶硅构成异质结构，将其应用于异质结太阳电池制备，可以有效实现光电转换。该方法简单易行，成本较低，可控性强，具有良好的应用前景。
附图说明
图1是本发明实施例提供的WS2 / Si异质结电池结构示意图；
图2 是WS2 / Si异质结太阳电池工艺流程图；
其中，1为金属Pd层，2为二硫化钨膜，3为本征非晶硅层，4为p型单晶硅，5为Al背电极。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供了一种二硫化钨/硅（WS2 / Si）异质结太阳能电池制备方法，化学气相沉积（CVD）方法可制得大面积、均匀、高结晶质量薄层二硫化钨，该材料具有较高的载流子迁移率，且带隙可调控，制备的WS2 / Si异质结太阳电池具有工艺简单、成本低、光电转换效率高等特点，在降低器件成本的同时，能够实现太阳能的有效转换。
图1是本发明实施例提供的WS2/ Si异质结电池结构示意图。本发明采用化学气相沉积（CVD）制备二硫化钨薄膜，与p型单晶硅构成异质结构，与传统晶体硅电池不同的是没有高温扩散掺杂工艺，电池制备工艺简单，可有效实现光电转换。
电池结构如图1所示，从下往上依次为Al背电极5、p型单晶硅薄膜4、本征非晶硅薄膜3、二硫化钨薄层2和Pd金属层1；所述金属Al背电极5厚度为100 ~ 300纳米；p型单晶硅4厚度为150微米 ~ 300微米；本征非晶硅薄膜厚度2 ~ 8纳米；二硫化钨薄层2厚度为10 ~60纳米；Pd金属层1厚度为50~ 200纳米。
本发明的WS2/ Si异质结太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
(1)采用丙酮溶液对单晶硅片进行超声清洗后去除硅片表面的有机污垢，并采用酒精对所述硅片进行超声清洗去除所述硅片表面的丙酮，用去离子水冲洗3次。其中单晶硅片厚度150微米~300微米，电阻率0.2Ω•㎝ ~ 1.0Ω•㎝。
(2)采用NH4F、HF 混合液在常温下对上述硅片进行清洗，去除表面氧化层，然后在去离子水中冲洗。其中氟化铵溶液的浓度为35 wt% ~ 45 wt%，氢氟酸溶液浓度为45 wt% ~55 wt% 。清洗后的单晶硅片记作单晶硅片A。
(3)采用1.1 ~ 2 wt % NaOH和1 ~ 3 vol% IPA的混合溶液在70 ~ 90 °C条件下腐蚀P型硅片A 15 ~ 26 min。绒面制备后表面成倒金字塔状结构的单晶硅片记作硅片B。
(4)在PECVD***中通入NH3，用NH3等离子轰击B表面，从而钝化B表面。流量控制在20 ~ 30 sccm，真空室压强保持在0.5 ~ 1.2 Pa。
上述工艺中丙酮、乙醇清洗后的单晶硅片经缓冲蚀刻液清洗时，硅片表面的自然氧化层（SiO2）被氢氟酸腐蚀，即HF作为主要的蚀刻液，NH4F则作为缓冲剂使用，利用NH4F控制H+的浓度，减缓腐蚀速度，使反应稳定匀速进行；在低真空环境下采用N、H离子钝化单晶硅表面的悬挂键，降低界面态密度。
(5)在PECVD***中通入SiH4，流量控制在30 ~ 60 sccm，真空室压强保持在80 ~100Pa。时间2 ~ 4 min, 功率 80 ~ 150W，形成附有本征非晶硅薄膜的硅片C。
(6) 将三氧化钨粉末WO3（1mg）分散在乙醇中，然后将其放在硅片C表面上。
(7) 将盛有硫粉S（100mg ~ 500mg）的石英舟置于加热炉石英管通风口上流低温区，温度200 ~ 250℃，表面盛有WO3的硅片C置于炉中央，向石英管充入保护气体Ar 10 ~15 min以排净空气，然后加热石英管至500℃ ~ 600℃。其中Ar气流量为10 ~ 100 sccm。
(8) 保持上述Ar气流量不变，以 3 ℃/min~5℃/min缓慢加热石英管至750 ~ 900℃，恒温5 ~ 30 min后冷却至室温，形成附有WS2薄膜的硅片D。
(9)在上述硅片的反面热蒸发金属铝背电极，并在H2气氛下退火。退火温度为450℃±20℃，退火处理时间为25 ~ 35 min；附有Al电极的硅片记作硅片E。
(10)E正面含有二硫化钨，其上采用电子束蒸发制备厚度为50 ~ 200nm的钯薄膜构成上电极，形成异质结太阳能电池。
现借助具体实例进一步详细说明本发明提供的WS2 / Si异质结太阳能电池制备技术：
实例1：
（1）按上述方案完成单晶硅片的基本腐蚀与清洗。其中硅片厚度150μm，电阻率0.2Ω•cm。
（2）在PECVD***中通入SiH4，流量30 sccm，压强80 Pa，时间2 min, 功率80W。
（3）将盛有硫粉S（100mg）的石英舟置于加热炉石英管通风口上流低温区，温度250℃。表面盛有WO3的硅片置于炉中央，向石英管充入保护气体Ar 10 min以排净空气，然后加热石英管至600℃。其中Ar气流量为100 sccm。
（4）保持上述Ar气流量不变，以 3℃/min缓慢加热石英管至750℃，恒温5 min后冷却至室温。
（5）在上层附有二硫化钨的硅片背面热蒸发Al电极，厚度为100 nm。
（6）在上述二硫化钨薄层上电子束蒸发沉积50 nm钯金属层，形成电极。
实例2：
（1）按上述方案完成单晶硅片的腐蚀与清洗。其中硅片厚度200μm，电阻率0.5 Ω•cm。
（2）在PECVD***中通入SiH4 ，流量40 sccm，压强85 Pa，时间3 min, 功率100W。
（3）将盛有硫粉S（200mg）的石英舟置于加热炉石英管通风口上流低温区，温度230℃。表面盛有WO3的硅片置于炉中央，向石英管充入保护气体Ar 15 min以排净空气，然后加热石英管至550℃。其中Ar气流量为80 sccm。
（4）保持上述Ar气流量不变，以~5℃/min缓慢加热石英管至825℃，恒温10 min后冷却至室温。
（5）在上层附有二硫化钨的硅片背面热蒸发Al电极，厚度为150 nm。
（6）在上述二硫化钨薄层上电子束蒸发沉积100 nm钯金属层，形成电极。
实例3：
(1)按上述方案完成单晶硅片的腐蚀与清洗。其中硅片厚度250μm，电阻率0.8 Ω•cm。
(2)在PECVD***中通入SiH4 ，流量50 sccm，压强90 Pa，时间3 min, 功率120W。
（3）将盛有硫粉S（300mg）的石英舟置于加热炉石英管通风口上流低温区，温度200℃。表面盛有WO3的硅片置于炉中央，向石英管充入保护气体Ar 10 min以排净空气，然后加热石英管至550℃。其中Ar气流量为50 sccm。
（4）保持上述Ar气流量不变，以 5℃/min缓慢加热石英管至825℃，恒温15 min后冷却至室温。
（6）在上层附有二硫化钨的硅片背面热蒸发Al电极，厚度为200 nm。
（7）在上述二硫化钨薄层上电子束蒸发沉积150 nm钯金属层，形成电极。
实例4：
(1)按上述方案完成单晶硅片的腐蚀与清洗。其中硅片厚度300μm，电阻率1.0 Ω•cm。
(2)在PECVD***中通入SiH4，流量60 sccm，压强100 Pa，时间4 min, 功率150W。
（3）将盛有硫粉S（400mg）的石英舟置于加热炉石英管通风口上流低温区，温度200℃。表面盛有WO3的硅片置于炉中央，向石英管充入保护气体Ar 10 min以排净空气，然后加热石英管至500℃。其中Ar气流量为10 sccm。
（4）保持上述Ar气流量不变，以 5℃/min缓慢加热石英管至850℃，恒温30 min后冷却至室温。
（6）在上层附有二硫化钨的硅片背面热蒸发Al电极，厚度为300 nm。
（7）在上述二硫化钨薄层上电子束蒸发沉积200 nm钯金属层，形成电极。
由于制备太阳能电池的步骤是相同的，各个实施例之间的区别仅仅是各个参数的区别的，为了节省篇幅，上述实例仅仅给出了个别实施例中的参数；具体实例如下表1所示，表1示出了异质结太阳能电池的制备方法实施例。
表1
本发明公开了一种二硫化钨/硅（WS2 / Si）异质结太阳能电池制备方法，利用化学气相沉积（CVD）方法可制得大面积、均匀、高结晶质量层状二硫化钨，该材料具有较高的载流子迁移率，且带隙可调控，制备的WS2 / Si异质结太阳电池具有工艺简单、减少硅薄膜用量等特点，在降低器件成本的同时，能够实现太阳能的有效转换。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种WS2 / Si异质结太阳能电池制备方法，其中，所述异质结太阳能电池，从下往上依次为Al背电极、p型单晶硅、本征非晶硅薄膜、二硫化钨薄层、Pd金属层；其中，所述金属Al背电极厚度为100 ~ 300纳米，所述的p型单晶硅厚度为150微米 ~ 300微米，所述的本征非晶硅薄膜厚度2 ~ 8纳米，所述的二硫化钨薄层厚度为10~60纳米，所述的Pd金属层厚度为50 ~ 200纳米；其特征在于，包括下述步骤：
(1)采用丙酮溶液对单晶硅片进行超声清洗，去除硅片表面的有机污垢，并采用酒精对所述硅片进行超声清洗去除所述硅片表面的丙酮，去离子水冲洗3次；
(2)采用缓冲刻蚀液BOE清洗上述硅片，去除表面氧化层，然后去离子水冲洗，用氮气吹干，清洗后的单晶硅片记作单晶硅片A；
(3)采用1.1 ~ 2 wt % NaOH和1 ~ 3 vol% IPA的混合溶液在70 ~ 90 °C条件下腐蚀P型硅片A 15 ~ 26 min，进行绒面制备，表面形成倒金字塔状结构，该单晶硅片记作硅片B；
(4)在PECVD***中通入NH3，流量控制在20 ~ 30 sccm，真空室压强保持在0.5 ~ 1.2Pa，用NH3等离子轰击B表面从而钝化B表面；
(5)在PECVD***中通入SiH4，流量控制在30 ~ 60 sccm，真空室压强保持在80 ~100Pa，时间2 ~ 4 min, 功率 80 ~ 150W，形成本征非晶硅薄膜，生长非晶硅薄膜的硅片记为C；
(6)将1mg三氧化钨粉末WO3分散在乙醇中，然后将其放在硅片C表面上；其中，金属氧化物WO3的纯度为大于99.95%；
(7)将盛有100mg ~ 500mg硫粉S的石英舟置于加热炉石英管通风口上流低温区，温度为200 ~ 250℃，表面盛有WO3的硅片C置于炉中央，向石英管充入10 ~ 15 min保护气体Ar以排净空气，然后加热石英管至500℃ ~ 600℃，其中，Ar气流量为10 ~ 100 sccm，硫粉S的纯度为大于99.95%；
(8)保持上述Ar气流量不变，以 3 ℃/min~5℃/min缓慢加热石英管至750 ~ 900 ℃，恒温5 ~ 30 min后冷却至室温，形成附有WS2薄膜的硅片D；
(9)在上述硅片中没有WS2薄膜的一面热蒸发金属铝背电极，并在H2气氛下退火，退火温度为430 ~ 470℃，退火处理时间为25 ~ 35 min；附有Al电极的硅片记作硅片E；
(10)在E有WS2薄膜的一面，采用电子束蒸发制备厚度为50 ~ 200nm的钯薄膜构成上电极，形成异质结太阳能电池。
2.如权利要求1所述的电池制备方法，其特征在于，所述BOE液为NH4F和HF体积比为6:1的混合溶液，其中，氟化铵溶液的浓度为35 wt% ~ 45 wt%，氢氟酸溶液浓度为45 wt% ~ 55wt%。
3.如权利要求1所述的电池制备方法，其特征在于，所述硅片为p型单晶硅片，厚度为150微米 ~ 300微米，所述单晶硅片的电阻率为0.2Ω•㎝ ~ 1.0Ω•㎝。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201610258405.4A CN105870253B (zh) | 2016-04-25 | 2016-04-25 | 一种WS2/Si异质结太阳能电池制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201610258405.4A CN105870253B (zh) | 2016-04-25 | 2016-04-25 | 一种WS2/Si异质结太阳能电池制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN105870253A CN105870253A (zh) | 2016-08-17 |
| CN105870253B true CN105870253B (zh) | 2018-02-27 |
Family
ID=56634063
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201610258405.4A Expired - Fee Related CN105870253B (zh) | 2016-04-25 | 2016-04-25 | 一种WS2/Si异质结太阳能电池制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN105870253B (zh) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107043922A (zh) * | 2017-03-28 | 2017-08-15 | 天津大学 | 一种二维硫化钨薄膜材料的制备方法 |
| CN107161978B (zh) * | 2017-06-14 | 2019-10-15 | 天津大学 | 一种含硫空心碳微球的制备方法 |
| CN112030176B (zh) * | 2020-07-27 | 2022-01-18 | 南京航空航天大学 | 一种硫化钨纳米颗粒修饰的硅光电阴极及其制备方法 |
| CN115483041A (zh) * | 2022-09-15 | 2022-12-16 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | 在柔性碳基底生长垂直二硫化钨的方法、二硫化钨-碳复合材料及应用 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102203954A (zh) * | 2008-10-31 | 2011-09-28 | Aqt太阳能公司 | 用于光伏应用的硫属元素化物合金溅射靶及其制造方法 |
| CN103579419A (zh) * | 2013-11-13 | 2014-02-12 | 苏州科技学院 | 一种石墨烯/MoS2/Si 异质结薄膜太阳能电池及其制备方法 |
| CN105244414A (zh) * | 2015-10-20 | 2016-01-13 | 华中科技大学 | 一种二硫化钼/硅异质结太阳能电池及其制备方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8871560B2 (en) * | 2012-08-09 | 2014-10-28 | International Business Machines Corporation | Plasma annealing of thin film solar cells |
-
2016
- 2016-04-25 CN CN201610258405.4A patent/CN105870253B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102203954A (zh) * | 2008-10-31 | 2011-09-28 | Aqt太阳能公司 | 用于光伏应用的硫属元素化物合金溅射靶及其制造方法 |
| CN103579419A (zh) * | 2013-11-13 | 2014-02-12 | 苏州科技学院 | 一种石墨烯/MoS2/Si 异质结薄膜太阳能电池及其制备方法 |
| CN105244414A (zh) * | 2015-10-20 | 2016-01-13 | 华中科技大学 | 一种二硫化钼/硅异质结太阳能电池及其制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN105870253A (zh) | 2016-08-17 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105870253B (zh) | 一种WS2/Si异质结太阳能电池制备方法 | |
| CN105244414B (zh) | 一种二硫化钼/ 硅异质结太阳能电池及其制备方法 | |
| CN108963005A (zh) | 一种新型复合结构全背面异质结太阳电池及制备方法 | |
| CN101521239A (zh) | 硅基纳米柱阵列异质结薄膜太阳能电池及其制备方法 | |
| CN103346214B (zh) | 一种硅基径向同质异质结太阳电池及其制备方法 | |
| CN102157577A (zh) | 纳米硅/单晶硅异质结径向纳米线太阳电池及制备方法 | |
| CN103779448B (zh) | 一种硅纳米线径向异质结太阳电池的制备方法 | |
| CN103258919B (zh) | 非晶硅与多晶硅薄膜界面钝化及制备spa结构hit电池的方法 | |
| CN100416863C (zh) | 廉价多晶硅薄膜太阳电池 | |
| CN108389914A (zh) | 一种钝化隧穿层材料制备及其在太阳电池的应用 | |
| CN108258124A (zh) | 一种异质结光伏电池及其制备方法 | |
| CN104716209A (zh) | 基于硅基纳米线的太阳能电池及其制备方法 | |
| Kim et al. | Enhanced absorption and short circuit current density of selective emitter solar cell using double textured structure | |
| CN102522505B (zh) | 无机与有机混合太阳能电池 | |
| CN106449850A (zh) | 一种高效硅基异质结双面电池及其制备方法 | |
| CN101499502A (zh) | 一种晶体硅太阳能电池及其钝化方法 | |
| CN105280745B (zh) | GaInP/GaAs /InGaAs/Ge四结级联太阳电池及其制作方法 | |
| Liu et al. | Enhanced device performance of Si nanowires/Si nanocrystals heterojunction solar cells with ultrathin Al2O3 passivation | |
| CN105405924B (zh) | 一种晶体硅基太阳电池用的高方阻掺杂晶硅层的制备方法 | |
| CN110534599A (zh) | 一种柔性薄膜太阳能电池及其制备方法 | |
| CN109037392A (zh) | 一种石墨烯/硅结构太阳能电池的生产工艺 | |
| KR20140110911A (ko) | 방사형 접합 반도체 나노구조의 저온 제조 방법, 방사형 접합 디바이스 및 방사형 접합 나노구조를 포함하는 태양 전지 | |
| CN102208459A (zh) | 基于ZnO纳米线的高效硅基薄膜太阳能电池及制造方法 | |
| CN110335814A (zh) | 在硅片上制备选择性掺杂结构的制备方法及太阳能电池片 | |
| CN103219402A (zh) | 一种高效异质结太阳能电池及其制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20180227 Termination date: 20190425 |