CN109119513A - 一种硅纳米线/硅薄膜异质结太阳电池及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种硅纳米线/硅薄膜异质结太阳电池及其制备方法，其制备方法包括清洗n型单面抛光硅片、刻蚀硅纳米线阵列、沉积氢化非晶硅薄膜、溅射AZO薄膜、蒸镀铝背电极、涂抹银前电极，从而获得基本结构：AZO/p‑a‑Si/i‑a‑Si/n‑c‑Si/Al的硅纳米线/硅薄膜异质结太阳电池。本发明提出了这种采用等离子体化学气相沉积技术，处理过程简单方便，低温耗能低，并且使用了磁控溅射设备掺杂，提高传导和收集光生载流子，进一步制备了硅纳米线阵列电池器件。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，尤其是一种硅纳米线/硅薄膜异质结太阳电池及其制备方法。
背景技术
硅基太阳电池是光伏应用中的主要部分，占据着大约90％的市场份额。自从1941年的第一块硅基光伏电池被研制以来，硅基太阳电池的电学特征和工作机制已经能够很好地被解释了。光伏技术被认为是能够避免全球发生能源大危机以及环境大污染的主要途径。目前，由于硅基太阳电池涉及的昂贵制备费用使得大范围采用光伏发电变得不可能。不过硅纳米线径向结电池由于具有优良的减反性能以及独特高效的载流子分离机制，被认为在实现高效与低成本电池方面具有较为广阔的发展前景。所以对硅纳米线径向结电池的研究显得十分有意义。
如果将硅纳米线阵列电池制备过程集合成一条完整发达的生产线，那么在不久的将来大规模生产低成本太阳电池也不无可能，故研究将硅纳米线阵列应用到太阳电池中去，从而改善电池性能，减小电池生产成本，显得尤其重要。
本发明提出了这种采用等离子体化学气相沉积技术，处理过程简单方便，低温耗能低，并且使用了磁控溅射设备掺杂，提高传导和手机光生载流子，进一步制备了硅纳米线阵列电池器件。
发明内容
本发明的目的是克服上述现有技术的不足，提供一种硅纳米线/硅薄膜异质结太阳电池及其制备方法。
首先，本发明提供一种硅纳米线/硅薄膜异质结太阳电池的制备方法，该制备方法包括以下步骤：
步骤1，硅纳米线阵列的制备：采用n型单面抛光硅片,在室温条件下，通过金属辅助化学刻蚀法制备获得硅纳米线阵列，硅纳米线阵列的一部分经过KOH刻蚀，另一部分则不经过KOH刻蚀，其中，金属辅助化学刻蚀法的实验条件为：Ag沉积液中各组分浓度为HF4.8mol/L，AgNO3 0.02mol/L，沉积时间为40s；刻蚀液中各组分浓度为HF 4.8mol/L，H2O20.4mol/L，刻蚀时间为2-10min；KOH溶液浓度为10wt％，刻蚀时间为0-20s；
步骤2，氢化非晶硅薄膜的制备：利用等离子体化学气相沉积法(PECVD)在不同刻蚀长度的硅纳米线上沉积氢化非晶硅薄膜，获得硅纳米线/氢化非晶硅薄膜表面；为了使PECVD在不同刻蚀长度的硅纳米线上沉积的氢化非晶硅薄膜必须共形地覆盖在整根硅纳米线表面，以制备高度共形覆盖的非晶硅薄膜，等离子体化学气相沉积的实验条件为：功率为150-200W，气压为133-150Pa，温度为250℃，硅烷流量0-20sccm,硼烷掺杂浓度0-1％。沉积时间在2min-30min。
步骤3，AZO薄膜的制备：利用磁控溅射法在硅纳米线/氢化非晶硅薄膜表面上共形覆盖一层AZO透明导电薄膜；磁控溅射法的实验条件为：磁控溅射设备在射频功率为600W，沉积温度为100℃，沉积气压为0.65Pa，氢气掺杂量为2-6％；
步骤4，将步骤3处理后的硅片以银前电极作为正极，铝背电极作为负极即制得一种硅纳米线/硅薄膜异质结太阳电池。
作为发明的进一步改进，所述步骤1之前还包括n型单面抛光硅片的清洗步骤a：将n型单面抛光硅片切割成小块后，先后浸入丙酮溶液、无水乙醇溶液、去离子水中进行超声清洗，重复上述超声清洗过程1次以上；随后取适量H2O2置于烧杯中，并将经过上述超声清洗的硅片浸入其中，保证抛光面朝上，再向溶液中缓慢加入浓H2SO4并静置一定时间，取出后用去离子水反复冲洗。
作为发明的进一步改进，所述步骤4具体还包括步骤b、步骤c；其中，
步骤b：铝背电极的制备：置硅片于热蒸发仪中蒸镀Al膜，并使用膜厚检测仪实时控制蒸镀的膜厚情况，实现铝背电极与硅片接触为欧姆接触；
步骤c:银前电极的制备：将银浆以指型电极形式印制于聚合物上，加热固化获得银浆电极；再蒸镀以15nm厚的Cu薄膜，获得银前电极，硅片的AZO薄膜与银前电极接触。
作为发明的进一步改进，所述步骤c具体包括：以直径为0.2mm的不锈钢针将银浆以间距为1.5mm的指型电极形式印制于聚合物上，并置于80℃的热台上加热15min固化获得银浆电极；再将银浆电极置于衬底上，以真空度5.0×10-4Pa、衬底温度40℃的条件下旋转蒸镀以15nm厚的Cu薄膜，获得银前电极。
其次，本发明还提供了一种硅纳米线/硅薄膜异质结太阳电池，所述硅纳米线/硅薄膜异质结太阳电池的基本结构：AZO/p-a-Si/i-a-Si/n-c-Si/Al，并采用如上述的制备方法制备获得。
相比现有技术来说，本发明的有益效果是：本发明提出了这种采用等离子体化学气相沉积技术，处理过程简单方便，低温耗能低，并且使用了磁控溅射设备掺杂，提高传导和收集光生载流子，进一步制备了硅纳米线阵列电池器件。
附图说明
图1是本发明提供的不同非晶硅薄膜沉积时间下刻蚀时间为1min的纳米线上薄膜SEM表面图(a，c，e，g)以及对应的断面图(b，d，f，h)。
图2是本发明提供的不同AZO沉积时间下刻蚀时间为1min的纳米线上AZO薄膜的SEM表面图(a，c，e)以及对应的断面图(b，d，f)。
图3是本发明提供的p型掺杂非晶硅薄膜的拉曼光谱图。
图4是本发明提供的p型掺杂非晶硅薄膜的光学带隙图。
图5是本发明提供的AZO薄膜的透射谱图。
图6是本发明提供的AZO薄膜的光学带隙图。
图7是本发明提供的铝背电极与硅片接触I-V曲线图。
图8是本发明提供的银前电极与AZO薄膜接触I-V曲线图。
图9是本发明提供的一种硅纳米线/硅薄膜异质结太阳电池的制备方法流程图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面结合附图及具体实施例对本发明进一步说明。
实施例1
本实施例如图9所示，其包括以下步骤：
步骤a，本实验制备太阳电池所用硅片均为n型单面抛光硅片，晶向为<100>，电阻率为2.8～5Ω·cm，硅片厚度约为200μm。使用硅片刀切割成10×10mm的小块备用；将切成小块的硅片浸入丙酮溶液中，并在超声波辅助下清洗10～15min，超声波清洗仪功率设定为1kW，需要保证在所有的清洗步骤中待刻蚀抛光表面不能与容器壁接触；再将硅片浸入无水乙醇溶液中，并在超声波辅助下清洗10～15min，超声波清洗仪功率设定为1kW；将经无水乙醇清洗的硅片用去离子水反复冲洗后浸入去离子水中，并在超声辅助下清洗10min，超声清洗仪功率设定为1kW，重复上述过程一次；取3ml H2O2置于烧杯中，并将用去离子水冲洗的硅片浸入其中，保证抛光面朝上，再向溶液中缓慢加入9ml浓H2SO4并静置30min，取出后用去离子水反复冲洗。
步骤1，按照实验要求分别配制5％的HF溶液、4.8M HF+0.02M AgNO3溶液、4.8M HF+0.4M H2O2溶液、体积比为1:1的HNO3+H2O溶液、浓度为10wt％的KOH溶液若干备用；将经过浓H2SO4处理的硅片浸入5％的HF酸溶液中，室温下3min，以去除氧化层露出新鲜的以H终结的硅表面；将经HF酸处理的硅片取出后(表面无水滴)迅速浸入4.8M HF+0.02M AgNO3溶液，并缓慢搅动40s后迅速取出，并用去离子水反复清洗数次去除多余的Ag+离子。将经清洗的沉积有银纳米颗粒的硅片浸入4.8M HF+0.4M H2O2的刻蚀溶液中，在避光条件下刻蚀2min；将刻蚀完的硅片取出后使用去离子水反复冲洗数次；再将硅片浸入体积比为1:1的HNO3+H2O溶液中4h，以溶解掉纳米银颗粒，通过上述的刻蚀步骤，通过控制刻蚀时间获得所需长度的硅纳米线；将硅纳米线取出后使用去离子水反复冲洗数次后，浸入5％的HF中去除氧化层，再经去离子水清洗后在N2气体下吹干备用。其中一部分硅纳米线经KOH刻蚀，KOH溶液浓度为10wt％，刻蚀时间为10s。
步骤2，利用PECVD在不同硅纳米线上沉积的氢化非晶硅薄膜必须共形地覆盖在整根硅纳米线表面，以制备高度共形覆盖的非晶硅薄膜；考察了不同刻蚀长度的纳米线上的非晶硅薄膜形貌，考察出最佳的实验条件为：功率为150W，气压为150Pa，温度为250℃，硅烷流量10sccm,硼烷掺杂浓度1％。沉积时间在20min；
步骤3，AZO薄膜的制备：需利用磁控溅射技术在硅纳米线/氢化非晶硅薄膜表面上共形覆盖一层AZO透明导电薄膜；在之前沉积本征与掺杂氢化非晶硅薄膜的基础上，接着利用磁控溅射设备在射频功率为600W，沉积温度为100℃，沉积气压为0.65Pa，氢气掺杂量为4％,的条件下溅射AZO薄膜；
步骤b，铝背电极与硅片接触特征：为了制备性能优良的太阳能电池器件，置硅片于热蒸发仪中蒸镀Al膜，并使用膜厚检测仪实时控制蒸镀的膜厚情况，实现背电极与硅片接触为欧姆接触；
步骤c，AZO薄膜与银前电极接触特征：以直径为0.2mm的不锈钢针将银浆以间距为1.5mm的指型电极形式印制于聚合物上，并置于80℃的热台上加热15min固化获得银浆电极；再将银浆电极置于衬底上，以真空度5.0×10-4Pa、衬底温度40℃的条件下旋转蒸镀以15nm厚的Cu薄膜，获得银前电极。
步骤4，将上述步骤处理后的硅片以银前电极作为正极，铝背电极作为负极即制得一种硅纳米线/硅薄膜异质结太阳电池。
所述硅纳米线/硅薄膜异质结太阳电池的基本结构：AZO/p-a-Si/i-a-Si/n-c-Si/Al。
实施例2
步骤a，本实验制备太阳电池所用硅片均为n型单面抛光硅片，晶向为<100>，电阻率为2.8～5Ω·cm，硅片厚度约为200μm。使用硅片刀切割成10×10mm的小块备用；将切成小块的硅片浸入丙酮溶液中，并在超声波辅助下清洗10～15min，超声波清洗仪功率设定为1kW，需要保证在所有的清洗步骤中待刻蚀抛光表面不能与容器壁接触；再将硅片浸入无水乙醇溶液中，并在超声波辅助下清洗10～15min，超声波清洗仪功率设定为1kW；将经无水乙醇清洗的硅片用去离子水反复冲洗后浸入去离子水中，并在超声辅助下清洗10min，超声清洗仪功率设定为1kW，重复上述过程一次；取3ml H2O2置于烧杯中，并将用去离子水冲洗的硅片浸入其中，保证抛光面朝上，再向溶液中缓慢加入9ml浓H2SO4并静置30min，取出后用去离子水反复冲洗。
步骤1，按照实验要求分别配制5％的HF溶液、4.8M HF+0.02M AgNO3溶液、4.8M HF+0.4M H2O2溶液、体积比为1:1的HNO3+H2O溶液、浓度为10wt％的KOH溶液若干备用；将经过浓H2SO4处理的硅片浸入5％的HF酸溶液中，室温下3min，以去除氧化层露出新鲜的以H终结的硅表面；将经HF酸处理的硅片取出后(表面无水滴)迅速浸入4.8M HF+0.02M AgNO3溶液，并缓慢搅动40s后迅速取出，并用去离子水反复清洗数次去除多余的Ag+离子。将经清洗的沉积有银纳米颗粒的硅片浸入4.8M HF+0.4M H2O2的刻蚀溶液中，在避光条件下刻蚀2min；将刻蚀完的硅片取出后使用去离子水反复冲洗数次；再将硅片浸入体积比为1:1的HNO3+H2O溶液中4h，以溶解掉纳米银颗粒，通过上述的刻蚀步骤，通过控制刻蚀时间获得所需长度的硅纳米线；将硅纳米线取出后使用去离子水反复冲洗数次后，浸入5％的HF中去除氧化层，再经去离子水清洗后在N2气体下吹干备用。其中一部分硅纳米线经KOH刻蚀，KOH溶液浓度为10wt％，刻蚀时间为10s。
步骤2，利用PECVD在不同硅纳米线上沉积的氢化非晶硅薄膜必须共形地覆盖在整根硅纳米线表面，以制备高度共形覆盖的非晶硅薄膜；考察了不同刻蚀长度的纳米线上的非晶硅薄膜形貌，考察出最佳的实验条件为：功率为150W，气压为133Pa，温度为250℃，硅烷流量10sccm,硼烷掺杂浓度1％。沉积时间在30min；
步骤3，AZO薄膜的制备：需利用磁控溅射技术在硅纳米线/氢化非晶硅薄膜表面上共形覆盖一层AZO透明导电薄膜；在之前沉积本征与掺杂氢化非晶硅薄膜的基础上，接着利用磁控溅射设备在射频功率为600W，沉积温度为100℃，沉积气压为0.65Pa，氢气掺杂量为4％,的条件下溅射AZO薄膜；
步骤b，铝背电极与硅片接触特征：为了制备性能优良的太阳能电池器件，置硅片于热蒸发仪中蒸镀Al膜，并使用膜厚检测仪实时控制蒸镀的膜厚情况，实现背电极与硅片接触为欧姆接触；
步骤c，AZO薄膜与银前电极接触特征：以直径为0.2mm的不锈钢针将银浆以间距为1.5mm的指型电极形式印制于聚合物上，并置于80℃的热台上加热15min固化获得银浆电极；再将银浆电极置于衬底上，以真空度5.0×10-4Pa、衬底温度40℃的条件下旋转蒸镀以15nm厚的Cu薄膜，获得银前电极。
步骤4，将上述步骤处理后的硅片以银前电极作为正极，铝背电极作为负极即制得一种硅纳米线/硅薄膜异质结太阳电池。
所述硅纳米线/硅薄膜异质结太阳电池的基本结构：AZO/p-a-Si/i-a-Si/n-c-Si/Al。
实施例3
步骤a，本实验制备太阳电池所用硅片均为n型单面抛光硅片，晶向为<100>，电阻率为2.8～5Ω·cm，硅片厚度约为200μm。使用硅片刀切割成10×10mm的小块备用；将切成小块的硅片浸入丙酮溶液中，并在超声波辅助下清洗10～15min，超声波清洗仪功率设定为1kW，需要保证在所有的清洗步骤中待刻蚀抛光表面不能与容器壁接触；再将硅片浸入无水乙醇溶液中，并在超声波辅助下清洗10～15min，超声波清洗仪功率设定为1kW；将经无水乙醇清洗的硅片用去离子水反复冲洗后浸入去离子水中，并在超声辅助下清洗10min，超声清洗仪功率设定为1kW，重复上述过程一次；取3ml H2O2置于烧杯中，并将用去离子水冲洗的硅片浸入其中，保证抛光面朝上，再向溶液中缓慢加入9ml浓H2SO4并静置30min，取出后用去离子水反复冲洗。
步骤1，按照实验要求分别配制5％的HF溶液、4.8M HF+0.02M AgNO3溶液、4.8M HF+0.4M H2O2溶液、体积比为1:1的HNO3+H2O溶液、浓度为10wt％的KOH溶液若干备用；将经过浓H2SO4处理的硅片浸入5％的HF酸溶液中，室温下3min，以去除氧化层露出新鲜的以H终结的硅表面；将经HF酸处理的硅片取出后(表面无水滴)迅速浸入4.8M HF+0.02M AgNO3溶液，并缓慢搅动40s后迅速取出，并用去离子水反复清洗数次去除多余的Ag+离子。将经清洗的沉积有银纳米颗粒的硅片浸入4.8M HF+0.4M H2O2的刻蚀溶液中，在避光条件下刻蚀2min；将刻蚀完的硅片取出后使用去离子水反复冲洗数次；再将硅片浸入体积比为1:1的HNO3+H2O溶液中4h，以溶解掉纳米银颗粒，通过上述的刻蚀步骤，通过控制刻蚀时间获得所需长度的硅纳米线；将硅纳米线取出后使用去离子水反复冲洗数次后，浸入5％的HF中去除氧化层，再经去离子水清洗后在N2气体下吹干备用。其中一部分硅纳米线经KOH刻蚀，KOH溶液浓度为10wt％，刻蚀时间为10s。
步骤2，利用PECVD在不同硅纳米线上沉积的氢化非晶硅薄膜必须共形地覆盖在整根硅纳米线表面，以制备高度共形覆盖的非晶硅薄膜；考察了不同刻蚀长度的纳米线上的非晶硅薄膜形貌，考察出最佳的实验条件为：功率为200W，气压为133Pa，温度为250℃，硅烷流量25sccm,硼烷掺杂浓度1％。沉积时间在10min；
步骤3，AZO薄膜的制备：需利用磁控溅射技术在硅纳米线/氢化非晶硅薄膜表面上共形覆盖一层AZO透明导电薄膜；在之前沉积本征与掺杂氢化非晶硅薄膜的基础上，接着利用磁控溅射设备在射频功率为600W，沉积温度为100℃，沉积气压为0.65Pa，氢气掺杂量为4％,的条件下溅射AZO薄膜；
步骤b，铝背电极与硅片接触特征：为了制备性能优良的太阳能电池器件，置硅片于热蒸发仪中蒸镀Al膜，并使用膜厚检测仪实时控制蒸镀的膜厚情况，实现背电极与硅片接触为欧姆接触；
步骤c，AZO薄膜与银前电极接触特征：以直径为0.2mm的不锈钢针将银浆以间距为1.5mm的指型电极形式印制于聚合物上，并置于80℃的热台上加热15min固化获得银浆电极；再将银浆电极置于衬底上，以真空度5.0×10-4Pa、衬底温度40℃的条件下旋转蒸镀以15nm厚的Cu薄膜，获得银前电极。
步骤4，将上述步骤处理后的硅片以银前电极作为正极，铝背电极作为负极即制得一种硅纳米线/硅薄膜异质结太阳电池。
所述硅纳米线/硅薄膜异质结太阳电池的基本结构：AZO/p-a-Si/i-a-Si/n-c-Si/Al。
实施例4
步骤a，本实验制备太阳电池所用硅片均为n型单面抛光硅片，晶向为<100>，电阻率为2.8～5Ω·cm，硅片厚度约为200μm。使用硅片刀切割成10×10mm的小块备用；将切成小块的硅片浸入丙酮溶液中，并在超声波辅助下清洗10～15min，超声波清洗仪功率设定为1kW，需要保证在所有的清洗步骤中待刻蚀抛光表面不能与容器壁接触；再将硅片浸入无水乙醇溶液中，并在超声波辅助下清洗10～15min，超声波清洗仪功率设定为1kW；将经无水乙醇清洗的硅片用去离子水反复冲洗后浸入去离子水中，并在超声辅助下清洗10min，超声清洗仪功率设定为1kW，重复上述过程一次；取3ml H2O2置于烧杯中，并将用去离子水冲洗的硅片浸入其中，保证抛光面朝上，再向溶液中缓慢加入9ml浓H2SO4并静置30min，取出后用去离子水反复冲洗。
步骤1，按照实验要求分别配制5％的HF溶液、4.8M HF+0.02M AgNO3溶液、4.8M HF+0.4M H2O2溶液、体积比为1:1的HNO3+H2O溶液、浓度为10wt％的KOH溶液若干备用；将经过浓H2SO4处理的硅片浸入5％的HF酸溶液中，室温下3min，以去除氧化层露出新鲜的以H终结的硅表面；将经HF酸处理的硅片取出后(表面无水滴)迅速浸入4.8M HF+0.02M AgNO3溶液，并缓慢搅动40s后迅速取出，并用去离子水反复清洗数次去除多余的Ag+离子。将经清洗的沉积有银纳米颗粒的硅片浸入4.8M HF+0.4M H2O2的刻蚀溶液中，在避光条件下刻蚀2min；将刻蚀完的硅片取出后使用去离子水反复冲洗数次；再将硅片浸入体积比为1:1的HNO3+H2O溶液中4h，以溶解掉纳米银颗粒，通过上述的刻蚀步骤，通过控制刻蚀时间获得所需长度的硅纳米线；将硅纳米线取出后使用去离子水反复冲洗数次后，浸入5％的HF中去除氧化层，再经去离子水清洗后在N2气体下吹干备用。其中一部分硅纳米线经KOH刻蚀，KOH溶液浓度为10wt％，刻蚀时间为10s。
步骤2，利用PECVD在不同硅纳米线上沉积的氢化非晶硅薄膜必须共形地覆盖在整根硅纳米线表面，以制备高度共形覆盖的非晶硅薄膜；考察了不同刻蚀长度的纳米线上的非晶硅薄膜形貌，考察出最佳的实验条件为：功率为150W，气压为150Pa，温度为250℃，硅烷流量30sccm,硼烷掺杂浓度1％。沉积时间在10min；
步骤3，AZO薄膜的制备：需利用磁控溅射技术在硅纳米线/氢化非晶硅薄膜表面上共形覆盖一层AZO透明导电薄膜；在之前沉积本征与掺杂氢化非晶硅薄膜的基础上，接着利用磁控溅射设备在射频功率为600W，沉积温度为100℃，沉积气压为0.65Pa，氢气掺杂量为4％,的条件下溅射AZO薄膜；
步骤b，铝背电极与硅片接触特征：为了制备性能优良的太阳能电池器件，置硅片于热蒸发仪中蒸镀Al膜，并使用膜厚检测仪实时控制蒸镀的膜厚情况，实现背电极与硅片接触为欧姆接触；
步骤c，AZO薄膜与银前电极接触特征：以直径为0.2mm的不锈钢针将银浆以间距为1.5mm的指型电极形式印制于聚合物上，并置于80℃的热台上加热15min固化获得银浆电极；再将银浆电极置于衬底上，以真空度5.0×10-4Pa、衬底温度40℃的条件下旋转蒸镀以15nm厚的Cu薄膜，获得银前电极。
步骤4，将上述步骤处理后的硅片以银前电极作为正极，铝背电极作为负极即制得一种硅纳米线/硅薄膜异质结太阳电池。
所述硅纳米线/硅薄膜异质结太阳电池的基本结构：AZO/p-a-Si/i-a-Si/n-c-Si/Al。
实施例5
采用如实施例1-4的技术方案，获得如图1-8的实验数据。
其中，图1为本发明提供的不同非晶硅薄膜沉积时间下刻蚀时间为1min的纳米线上薄膜SEM表面图(a，c，e，g)以及对应的断面图(b，d，f，h)。左为经60000倍放大后的表面图，右为经50000倍放大后的断面图。当沉积时间为2min时，纳米线侧面并未观察到非晶硅，此时的非晶硅主要沉积在纳米线的顶端，然后随着沉积时间的增加，非晶硅逐渐往纳米线的侧面进行沉积，当沉积时间为6min时，整根纳米线的侧面非常均匀地共形沉积上了非晶硅薄膜，(d)同时纳米线之间的间隙减小，随着非晶硅沉积时间增大到15min，虽然非晶硅不仅沉积在纳米线顶部，而且还沉积在纳米线侧面，但由于非晶硅的填充使得纳米线之间间隙减小，从而不利于非晶硅往纳米线底部进行沉积，使得非晶硅更多地沉积在纳米线顶部，纳米线长度增加，当继续增加沉积时间到30min时，纳米线顶部非晶硅已经连成了一片，显然如果再继续增加沉积时间，非晶硅薄膜只沉积在纳米线的顶部，而不再沉积在纳米线的侧面。非晶硅沉积过程中纳米线长度随着非晶硅沉积时间的变化规律。
图2为不同AZO沉积时间下刻蚀时间为1min的纳米线上AZO薄膜的SEM表面图(a，c，e)以及对应的断面图(b，d，f)。左为经20000倍放大后的表面图，右为经50000倍放大后的断面图。实验发现，当沉积时间为20min时，AZO主要沉积在硅纳米线的顶端一小部分，并在顶端连接成膜，而底部只溅射上了零星的AZO颗粒，并未形成薄膜，随着AZO沉积时间继续增加到30min，AZO溅射向下延伸，裹覆了半根硅纳米线长，在顶端连接成膜，并使得硅纳米线之间的间隙减小，而底部依然仅溅射上了零星的AZO颗粒，接着继续增加沉积时间到60min，AZO向下继续溅射沉积越发困难，AZO则主要沉积在硅纳米线顶部，并填满了硅纳米线顶部之间的空隙，使得硅纳米线长度变长。
实施例1-5表明，本发明利用了硅纳米线阵列优异的光学性能与电学性能特性，其充分使用简单方便的金属辅助化学刻蚀法制备硅纳米线阵列，然后利用等离子体化学气相沉积(PECVD)技术在不同刻蚀长度硅纳米线阵列上沉积氢化非晶硅薄膜以形成p-n结，最后通过磁控溅射法溅射掺铝氧化锌(AZO)薄膜，配合正面银前电极与背面铝电极制备得到电池器件，使电池效率获得了较大的改善。
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 (5)
1.一种硅纳米线/硅薄膜异质结太阳电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，硅纳米线阵列的制备：采用n型单面抛光硅片,在室温条件下，通过金属辅助化学刻蚀法制备获得硅纳米线阵列，硅纳米线阵列的一部分经过KOH刻蚀，另一部分则不经过KOH刻蚀，其中，金属辅助化学刻蚀法的实验条件为：Ag沉积液中各组分浓度为HF 4.8 mol/L，AgNO3 0.02mol/L，沉积时间为40 s；刻蚀液中各组分浓度为HF 4.8mol/L，H2O2 0.4mol/L，刻蚀时间为2-10min；KOH溶液浓度为10wt%，刻蚀时间为0-20s；
步骤2，氢化非晶硅薄膜的制备：利用等离子体化学气相沉积法在不同刻蚀长度的硅纳米线上沉积氢化非晶硅薄膜，获得硅纳米线/氢化非晶硅薄膜表面；等离子体化学气相沉积的实验条件为：功率为150-200W，气压为133-150Pa，温度为250℃，硅烷流量0-30sccm, 硼烷掺杂浓度0-1%，沉积时间在2min-30min；
步骤3，AZO薄膜的制备：利用磁控溅射法在硅纳米线/氢化非晶硅薄膜表面上共形覆盖一层AZO透明导电薄膜；磁控溅射法的实验条件为：磁控溅射设备在射频功率为600W，沉积温度为100℃，沉积气压为0.65Pa，氢气掺杂量为2-6%；
步骤4，将步骤3处理后的硅片以银前电极作为正极，铝背电极作为负极即制得一种硅纳米线/硅薄膜异质结太阳电池。
2.根据权利要求1所述的硅纳米线/硅薄膜异质结太阳电池的制备方法，其特征在于，所述步骤1之前还包括n型单面抛光硅片的清洗步骤a：将n型单面抛光硅片切割成小块后，先后浸入丙酮溶液、无水乙醇溶液、去离子水中进行超声清洗，重复上述超声清洗过程1次以上；随后取适量H2O2置于烧杯中，并将经过上述超声清洗的硅片浸入其中，保证抛光面朝上，再向溶液中缓慢加入浓H2SO4并静置一定时间，取出后用去离子水反复冲洗。
3.根据权利要求1所述的硅纳米线/硅薄膜异质结太阳电池的制备方法，其特征在于，所述步骤4具体还包括步骤b、步骤c；其中，
步骤b：铝背电极的制备：置硅片于热蒸发仪中蒸镀Al膜，并使用膜厚检测仪实时控制蒸镀的膜厚情况，实现铝背电极与硅片接触为欧姆接触；
步骤c: 银前电极的制备：将银浆以指型电极形式印制于聚合物上，加热固化获得银浆电极；再蒸镀以15nm厚的Cu薄膜，获得银前电极，硅片的AZO薄膜与银前电极接触。
4.根据权利要求3所述的硅纳米线/硅薄膜异质结太阳电池的制备方法，其特征在于，所述步骤c具体包括：以直径为0.2mm的不锈钢针将银浆以间距为1.5mm的指型电极形式印制于聚合物上，并置于80℃的热台上加热15min固化获得银浆电极；再将银浆电极置于衬底上，以真空度5.0×10-4Pa、衬底温度40℃的条件下旋转蒸镀以15nm厚的Cu薄膜，获得银前电极。
5.一种硅纳米线/硅薄膜异质结太阳电池，其特征在于，所述硅纳米线/硅薄膜异质结太阳电池的基本结构：AZO/p-a-Si/i-a-Si/n-c-Si/Al，并采用如权利要求1-4任一项所述的制备方法制备获得。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20190101 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |