[发明专利]有机薄膜钝化的有机-无机杂化太阳能电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型异质结太阳能电池及其制备，尤其涉及一种基于有机薄膜钝化硅表面的有机-无机杂化太阳能电池及其制备方法。

背景技术

由于单晶硅具有资源丰富、无毒性、宽波段的光吸收范围等优势，而成为商业化太阳能电池制作的主要原料。单晶硅太阳能电池的光电转换效率很高，但是在其生产中需要高纯度的硅、高温退火过程（大约1000℃）以及复杂的制作过程，导致该类电池造价昂贵。随着太阳能电池行业的发展，有机太阳能电池由于其材料便宜、退火温度低、制作过程简单等优势而有希望降低其生产成本，然而有机太阳能电池的效率远低于单晶硅电池。因此基于无机硅材料和有机半导体的有机-无机杂化太阳能电池越来越受到人们的关注，它提供了一种既可以简化制造步骤又可以降低成本的生产技术。在这种电池器件中，硅不但作为主要的吸光层还作为光生载流子的产生和传输层，而有机半导体只作为电荷传输层，所以有机-无机界面是该类电池性能的主要影响因素之一。

近年来，有关硅表面的钝化技术引起了人们的广泛关注。基于H-Si的杂化电池的器件性能很差，这是由于电池界面处电荷复合速率高以及不利的内建电场的影响。SiO_x薄层作为钝化层抑制硅表面复合的研究引起了人们的关注，公开号为102364696A，名称为“晶体硅太阳能电池的钝化方法”的中国发明专利，在低温下用热氧化的方法在硅片的表面生长一层厚度为5～50nm的二氧化硅薄膜，温度范围为600～800℃，氧化时间为5～60min。二氧化硅薄膜作为太阳能电池的一层钝化层，在这层钝化层的表面另外再沉积一层钝化层，形成叠层的钝化膜来钝化电池的表面。然而研究发现SiO_x的厚度很难控制，较厚的SiO_x层将变成电池器件中电荷传输的障碍，而阻碍电荷的有效传输，进而引起器件的性能变差。用湿化学法将有机单分子层接到硅表面的研究吸引了人们极大的关注，公开号为102263204A，名称为“一种有机-无机杂化太阳能电池及其制备方法”的中国发明专利，采用硅纳米线阵列与共轭有机物构成三维径向的p-n结杂化结构。研究表明，在甲基化处理硅表面的钝化方法中，硅表面的悬空键不可能完全被甲基基团覆盖，甲基化钝化的硅表面的表面复合速率为45cm/s，远大于SiO_x层钝化硅的表面复合速率（3cm/s），因此基于甲基钝化的平面硅的杂化太阳能电池器件的光电转换效率仅为6.5%。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于有机薄膜钝化硅表面的有机-无机杂化太阳能电池，提高有机-无机杂化太阳能电池的光电转换效率。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明的基于有机薄膜钝化硅表面的有机-无机杂化太阳能电池，主要包括正面银栅电极、有机导电薄膜、烷基化处理的n型单晶硅基体、背面铝电极或铟镓合金电极，还包括有机薄膜钝化层；

其中，所述有机薄膜钝化层覆于烷基化处理的n型单晶硅基体的正面，有机薄膜钝化层上覆盖有机导电薄膜，有机导电薄膜上设有正面银栅电极，烷基化处理的n型单晶硅基体的背面覆有铝电极或铟镓合金电极，所述铝电极或铟镓合金电极与烷基化处理的n型单晶硅基体形成欧姆接触。

上述技术方案中，构成所述有机薄膜钝化层的有机物选自支化聚乙烯亚胺（Branched Polyethylenimine，PEI）、聚乙烯醇（Polyvinyl Alcohol，PVA）、聚甲基丙烯酸甲酯（Polymethylmethacrylate，PMMA）、聚苯乙烯（Polystyrene，PS）中的一种。

上述技术方案中，所述有机薄膜钝化层的厚度为1～3纳米；优选的，所述有机薄膜钝化层的厚度为2纳米。

上述技术方案中，所述有机导电薄膜为聚（3,4乙烯二氧噻吩）：聚苯乙烯磺酸盐（Poly(3,4-ethylene-dioxythiophene):Polystyrenesulfonate，PEDOT:PSS）。

上述技术方案中，所述有机导电薄膜的厚度为50～200纳米；优选的，所述有机导电薄膜的厚度为100纳米。

本发明的技术方案中，有机薄膜钝化层可以有效减少硅基体的表面缺陷，避免了电子空穴的大量快速复合的可能，有益于提高载流子在硅/导电聚合物所形成的肖特基结界面处的分离和传输效率。

本发明还公开了一种制备上述基于有机薄膜钝化硅表面的有机-无机杂化太阳能电池的方法，该方法的具体步骤如下：