本發(fā)明屬于太陽能電池領域，具體涉及金屬離子摻雜的第五副族金屬氧化物薄膜、方法及電池。

背景技術：

1、科學技術的進步使得人類改造和利用自然的能力空前進步，尤其是在過去的幾十年，生產力得到了巨大的提高。人類對自然資源的利用和能源的消耗也隨之迅速增加，伴隨而來的是全球不斷加劇的環(huán)境問題和能源短缺問題。為了解決這兩大問題，光伏新能源行業(yè)發(fā)展非常迅速。太陽能電池中，空穴傳輸層具有傳輸空穴、阻擋電子的作用，在太陽能電池中具有至關重要的作用，目前空穴傳輸層具有制備方法復雜或制備設備昂貴等問題。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提出金屬離子摻雜的第五副族金屬氧化物薄膜、方法及電池，通過溶液法制備四價金屬離子摻雜的第五副族金屬氧化物薄膜，可以增加第五副族金屬氧化物中的氧空位，得到亞化學計量比的第五副族金屬氧化物薄膜。其可以作為晶硅異質結太陽電池的空穴傳輸層，具有高效、低成本優(yōu)點。

2、本發(fā)明第一方面提供一種金屬離子摻雜的第五副族金屬氧化物薄膜的制備方法，包括以下步驟：

3、將第五副族金屬氯化物溶解于適量甲醇或乙醇，超聲攪拌至溶液澄清透明，得到第五副族金屬氧化物前驅體溶液，其中，第五副族金屬氯化物粉末包括五氯化鉭或/和五氯化鈮；

4、將四價金屬氯化物溶解于第五副族金屬氧化物前驅體溶液，超聲攪拌至溶液澄清透明，得到摻入四價金屬離子的第五副族金屬氯化物混合溶液，其中，四價金屬氯化物包括錫氯化物、鋯氯化物和鈦氯化物中的一種或幾種；

5、將摻入四價金屬離子的第五副族金屬氯化物混合溶液滴加到襯底表面，然后將襯底轉移到勻膠機上，旋涂結束后將襯底轉移到加熱臺退火處理，即可得到金屬離子摻雜的第五副族金屬氧化物薄膜。

6、其中，四價金屬氯化物包括四氯化錫、四氯化鋯、四氯化鈦中的一種或幾種。

7、其中，四價金屬氯化物與第五副族金屬氯化物的摩爾比為0.01-0.10：1。

8、其中，旋涂的涂速度為500-8000rpm，旋涂的時間為10-60s。

9、其中，退火處理的溫度為60-200℃，退火的時間為5-20min。

10、其中，金屬離子摻雜的第五副族金屬氧化物薄膜的厚度為1-20nm。

11、其中，金屬離子摻雜的第五副族金屬氧化物薄膜的功函數(shù)在5.0ev以上。

12、其中，襯底包括硅片或玻璃片，可選地，硅片包括p型單晶硅。

13、本發(fā)明第二方面提供金屬離子摻雜的第五副族金屬氧化物薄膜，由上述制備方法制備而得，金屬離子摻雜的第五副族金屬氧化物薄膜包括錫、鋯、鈦摻雜的氧化鉭或/和氧化鈮薄膜。

14、本發(fā)明第三方面提供一種硅異質結太陽電池，包括空穴傳輸層，空穴傳輸層包括上述的金屬離子摻雜的第五副族金屬氧化物薄膜。

15、其中，硅異質結太陽電池還包括銀電極柵線、氮化硅鈍化層、n型發(fā)射極、p型單晶硅襯底和銀電極，金屬離子摻雜的第五副族金屬氧化物薄膜位于p型單晶硅襯底和銀電極之間。

16、第四方面，硅異質結太陽能電池的制備包括以下步驟：

17、一、采用化學腐蝕法，在p型<100>cz硅片表面制絨處理。rca清洗后，將硅片浸泡在氫氟酸中1min去除表面氧化層；

18、二、將步驟一中的硅片放在管式爐中，以三氯氧磷(pocl3)為前驅體擴散到硅前表面以形成n+發(fā)射極；

19、三、將步驟二中的硅片置于等離子體增強化學氣相沉積(pecvd)腔體中，在前表面沉積80nm氮化硅作減反射層；

20、四、將步驟三中的硅片置于熱蒸發(fā)腔體中，在前表面制備100nm銀柵電極；

21、五、將硅片置于勻膠機上，在背表面旋涂摻四價金屬的第五副族金屬氧化物薄膜，旋涂速度為500-8000rpm，旋涂時間為10-60s；

22、六、將步驟五中的硅片轉移到加熱臺，加熱溫度為60-200℃，加熱時間為5-20min。

23、七、將硅片放入熱蒸發(fā)腔體，在背表面沉積100nm銀電極。

24、本發(fā)明提出的第五副族金屬氧化物薄膜和硅異質結太陽電池的制備方法具有以下優(yōu)點：

25、1、本發(fā)明制備金屬氧化物的方法為溶液法，通過p型摻雜的電荷補償作用，促進了四價還原態(tài)的鉭或鈮離子的生成，可以有效增加第五副族第五副族金屬氧化物(氧化鉭、氧化鈮)薄膜中的氧空位，顯著提高薄膜的功函數(shù)，增加薄膜中的固定負電荷密度，使其表現(xiàn)出獨特的空穴傳輸特性，為金屬氧化物薄膜作為硅異質結太陽能電池的選擇性傳輸層提供了新的思路和方法，本發(fā)明的方法易于調控化學組分，工藝可調控，成本低。

26、2、本發(fā)明制備的第五副族金屬氧化物薄膜中帶有大量固定負電荷、以吸引空穴通過陷阱輔助隧穿的方式進行傳輸。

27、3、本發(fā)明制備的第五副族金屬氧化物薄膜的功函數(shù)在5.0ev以上，比沒有摻雜的薄膜更高，有利于吸引硅表面能帶向上彎曲，吸引空穴通過帶到帶的方式進行傳輸。

28、4、本發(fā)明制備的以第五副族金屬氧化物薄膜作為空穴傳輸層的硅異質結太陽能電池，工藝簡單，效率高。

29、5、本發(fā)明制備的以第五副族金屬氧化物薄膜具備良好的光穩(wěn)定性，在300℃以下的具有良好的熱穩(wěn)定性。

技術特征：

1.一種金屬離子摻雜的第五副族金屬氧化物薄膜的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述四價金屬氯化物包括四氯化錫、四氯化鋯、四氯化鈦中的一種或幾種。

3.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述四價金屬氯化物與所述第五副族金屬氯化物的摩爾比為0.01-0.10：1。

4.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述旋涂的涂速度為500-8000rpm，旋涂的時間為10-60s。

5.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述退火處理的溫度為60-200℃，退火的時間為5-20min。

6.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述金屬離子摻雜的第五副族金屬氧化物薄膜的厚度為1-20nm。

7.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述金屬離子摻雜的第五副族金屬氧化物薄膜的功函數(shù)大于5.0ev。

8.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述襯底包括硅片或玻璃片，可選地，所述硅片包括p型單晶硅。

9.金屬離子摻雜的第五副族金屬氧化物薄膜，其特征在于，由權利要求1-8任一項的制備方法制備而得，金屬離子摻雜的第五副族金屬氧化物薄膜包括錫、鋯、鈦摻雜的氧化鉭或/和氧化鈮薄膜。

10.一種硅異質結太陽電池，其特征在于，包括空穴傳輸層，所述空穴傳輸層包括權利要求9所述的金屬離子摻雜的第五副族金屬氧化物薄膜；可選地，硅異質結太陽電池還包括銀電極柵線、氮化硅鈍化層、n型發(fā)射極、p型單晶硅襯底和銀電極，所述金屬離子摻雜的第五副族金屬氧化物薄膜位于所述p型單晶硅襯底和所述銀電極之間。

技術總結
本發(fā)明屬于太陽能電池領域，具體涉及金屬離子摻雜的第五副族金屬氧化物薄膜、方法及電池。將第五副族金屬氯化物溶解于甲醇或乙醇，超聲攪拌，得到第五副族金屬氧化物前驅體溶液，其中，所述第五副族金屬氯化物粉末包括五氯化鉭或/和五氯化鈮；將四價金屬氯化物溶解于所述第五副族金屬氧化物前驅體溶液，超聲攪拌至溶液澄清透明，得到摻入四價金屬離子的第五副族金屬氯化物混合溶液，其中，所述四價金屬氯化物包括錫氯化物、鋯氯化物和鈦氯化物中的一種或幾種；將所述摻入四價金屬離子的第五副族金屬氯化物混合溶液滴加到襯底表面，然后退火處理，得到金屬離子摻雜的第五副族金屬氧化物薄膜。具有的空穴傳輸特性，可以用于太陽能電池。

技術研發(fā)人員：王朋,劉午淇,余國強,徐昊楠,王文航,吳小平,崔燦
受保護的技術使用者：浙江理工大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/12/23