一種太陽能電池及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種太陽能電池及其制備方法，屬于半導體光電制造領域。所述太陽能電池從下至上依次包括：下電極、n型材料層、p型材料層，所述p型材料層為p型材料網絡和填充在p型材料網絡空隙當中的p型材料填充物組成的復合薄膜，所述p型材料網絡與所述n型材料層形成p型材料網絡?n型材料的p?n結，所述填充在p型材料網絡空隙當中的p型材料填充物與所述n型材料層形成p型材料填充物?n型材料的p?n結，所述p型材料網絡和填充在p型材料網絡空隙當中的p型材料填充物與n型材料層形成新的p?n結。本發(fā)明還提供了一種太陽能電池的制備方法。其制備工藝簡單、制備方法易大規(guī)模生產、不需要高溫摻雜工藝、成本較低，能提高太陽能電池的轉換效率。
【專利說明】
一種太陽能電池及其制備方法
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及半導體光電制造領域，特別是涉及一種太陽能電池及其制備方法?！颈尘凹夹g】
[0002]隨著全球經濟的快速發(fā)展和人口的迅速擴張，對于能源的需求也越來越大，能源危機也亟待解決。人類迫切的需要發(fā)展清潔并且可再生的能源轉換和存儲技術，其中，太陽輻射的能量巨大而且清潔無污染。太陽能電池可以有效的減緩全球變暖、化石燃料枯竭和環(huán)境污染等能源環(huán)境問題。所以發(fā)展高效率、低成本、大面積和適合大規(guī)模生產的太陽能電池已經迫在眉睫。
[0003]目前，硅基太陽能電池依然占據大部分光伏市場，然而，限制硅基光伏產業(yè)發(fā)展的一個主要因素是其生產成本偏高。根據美國能源部的報告，硅基太陽能電池組件中約32% 的成本來源于娃材料本身，26 %的成本來源于娃基太陽能電池中p-n結的制備過程。傳統(tǒng)娃基太陽能電池制備P_n結需要通過離子注入、摻雜擴散和高溫退火處理等等，這些工藝都需要約1000°C的高溫，產生很大的能量損耗。所以能夠在較低的溫度下形成p-n結將極大降低生產過程中所消耗的能量，這種新型的低成本太陽能電池是非常有前景的。[〇〇〇4]近年來，納米材料如半導體量子點、納米線等，以其優(yōu)異的性能被廣泛應用于光伏器件當中。碳納米管作為最具代表性的一維納米材料，針對其的研究從1991年至今，經歷了二十多年仍舊充滿活力。碳納米管擁有優(yōu)異的電學、光學和機械性能，其擁有高達l〇5cm2F if1的載流子迀移率，可調節(jié)的能帶寬度。幾十根碳納米管還可以通過范德瓦爾茲力相互作用形成碳納米管束。由單根碳納米管和碳納米管束可以相互連接形成連續(xù)的二維網絡狀結構，這種碳納米管連續(xù)網絡薄膜擁有高的透光率(可達95% )、高的電導率(105S nf1)，可以替代傳統(tǒng)的氧化銦錫透明導電玻璃(IT0)。碳納米管在空氣中由于氧的摻雜作用呈現p型， 與n型的娃片在室溫下即可形成p-n結。Wei JQ等人在2007年發(fā)明了碳納米管-娃異質結太陽能電池，這種碳納米管-娃太陽能電池無需高溫制備p-n結，易大規(guī)模生產，效率可達7 %。 但是由于二維網絡狀結構的碳納米薄膜擁有很多空隙，而只有碳納米管或碳納米管束與硅基底接觸的地方才能形成P-n結，導致太陽能電池的有效p-n結面積的大大減小，并限制其光電轉換效率。由此可見，碳納米管-硅太陽能電池的效率還有很大的提升空間。
[0005]P型無機半導體納米材料(如氧化銦鋅(IZ0)、氧化錫(Sn02)、氧化銅(CuO)、碘化亞銅(Cu I)等)，這些納米材料具有較大的比表面積，較高的載流子迀移率，禁帶寬度可以通過改變半導體納米顆粒的大小調節(jié)。這類無機半導體與硅結合形成的太陽能電池因其制備簡單、成本較低引起了廣泛的研究。
[0006]另一種可以與硅在較低溫度下形成p-n結的方法是將硅襯底和有機導電聚合物結合起來。有機導電聚合物可以通過溶液涂布的方法與硅形成P-n結，同樣可以避免硅基太陽能電池中用傳統(tǒng)工藝制備P-n結所需的高溫過程。[00〇7]然而，現有技術中的太陽能電池的轉換效率仍有待提尚，發(fā)展尚效率、低成本、大面積和適合大規(guī)模生產的太陽能電池已經迫在眉睫。
【發(fā)明內容】

[0008]本發(fā)明的一個目的是提供一種太陽能電池及其制備方法，能夠提高太陽能電池的轉換效率。
[0009]特別地，本發(fā)明提供了一種太陽能電池，其從下至上依次包括:下電極、n型材料層、P型材料層，所述P型材料層為P型材料網絡和填充在P型材料網絡空隙當中的P型材料填充物組成的復合薄膜，所述P型材料網絡與所述n型材料層形成p型材料網絡-n型材料的p-n 結，所述填充在P型材料網絡空隙當中的P型材料填充物與所述n型材料層形成p型材料填充物-n型材料的p-n結，所述p型材料網絡和填充在p型材料網絡空隙當中的p型材料填充物與所述n型材料層形成(p型材料網絡和p型材料填充物)-n型材料的p-n結。
[0010]進一步地，所述p型材料網絡-n型材料的p-n結與所述p型材料填充物-n型材料的 p-n結組成并聯的p-n結。
[0011]進一步地，所述p型材料層的復合薄膜包括擁有預定孔隙的p型材料網絡薄膜和能夠填充P型材料網絡空隙的P型材料填充物，在所述的復合薄膜中，所述P型材料填充物能夠填充到所述P型材料網絡的空隙當中，形成一種“高速公路網”的結構，所述P型材料網絡可作為載流子傳輸的“高速公路網”，所述P型材料填充物則填充進入所述P型材料網絡空隙當中，作為“高速公路網”間隙中的土地。
[0012]進一步地，所述p型材料網絡薄膜由一種或多種具有高載流子迀移率的p型材料構成;所述P型材料為，但不限于，碳納米管網絡薄膜、氧化銦鋅(AZ0)網絡薄膜或氧化銅(CuO) 網絡薄膜;可優(yōu)選地，所述碳納米管網絡薄膜為連續(xù)碳納米管的網絡狀薄膜，或者有擇優(yōu)取向排列的碳納米管薄膜，或者有擇優(yōu)取向排列的碳納米管或碳納米管束相互交疊形成規(guī)則的或者無規(guī)則的網絡狀薄膜;所述碳納米管網絡薄膜為純的碳納米管網絡薄膜，或者為經過修飾的碳納米管網絡薄膜。
[0013]進一步地，所述p型材料填充物由一種或多種具有高功函數的p型材料構成;所述p 型材料為，但不限于，P型導電聚合物或者P型無機半導體或者二者的混合物;可選地，所述P 型導電聚合物是聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸(？￡001':?33)、聚苯胺(？4祖)和聚吡咯(PPy)中的一種或者其中二者或多者的混合物;所述P型無機半導體為碘化亞銅(Cul)、氧化錫(Sn02)。
[0014]進一步地，所述n型材料層為n型半導體材料襯底;可選地，所述n型半導體材料是n 型硅、n型鍺或者n型砷化鎵中的一種。
[0015]進一步地，所述p型材料層和所述n型材料層之間的部分界面處設置有絕緣氧化層，優(yōu)選地，所述絕緣氧化層為環(huán)形。
[0016]進一步地，所述太陽能電池還包括上電極，所述上電極部分或完全覆蓋設置在所述P型材料網絡薄膜或者P型材料層的上表面。
[0017]進一步地，所述上電極與所述p型材料網絡薄膜、所述p型材料填充物中的任一相接觸或者與兩者同時接觸。
[0018]本發(fā)明提供的一種太陽能電池，其p型材料層為p型材料網絡和填充在p型材料網絡空隙當中的P型材料填充物組成的復合薄膜，所述P型材料網絡與所述n型材料層形成p型材料網絡-n型材料的p-n結，所述填充在p型材料網絡空隙當中的p型材料填充物與所述n型材料層形成P型材料填充物-n型材料的p-n結，所述p型材料網絡和填充在p型材料網絡空隙當中的P型材料填充物與所述n型材料層形成(p型材料網絡和p型材料填充物)-n型材料的 p-n結;p型材料網絡和填入p型材料網絡空隙當中的p型材料填充物均能和n型材料層緊密接觸形成P-n結，而且p型材料網絡和p型材料填充物的相互作用與n型材料層接觸亦或兩種或者幾種P-n結的協同作用形成新的p-n結。這種“高速公路網”的結構設計不僅能夠利用p 型材料網絡的高載流子迀移率，有效發(fā)揮P型材料網絡-n型材料的p-n結中p型材料網絡薄膜優(yōu)異的光電性質，提高光生激子在接觸界面的分離效率，還能利用P型材料填充物_n型材料的p-n結來增加太陽能電池的有效p-n結面積，增加接觸界面處光生激子的數量，從而這種“高速公路網”結構的P型材料網絡和P型材料填充物的協同作用有效提升了其光電轉換效率。
[0019]本發(fā)明還提供了一種如上所述的太陽能電池的制備方法，其包括以下步驟:[〇〇2〇] S1、制備絕緣氧化層，在n型材料層上通過熱氧化的方法制備預定厚度的絕緣氧化層；
[0021] S2、刻蝕絕緣氧化層，得到圖案化的n型材料襯底，即刻蝕出具有規(guī)則形狀的n型材料層窗口，各窗口之間擁有規(guī)則間隔；
[0022] S3、在所述刻蝕后的n型材料襯底上表面覆蓋p型材料網絡薄膜；
[0023] S4、制備p型材料網絡和填充在p型材料網絡空隙當中的p型材料填充物組成的復合薄膜，將P型材料填充物填充進所述P型材料網絡的間隙；
[0024] S5、在所述n型材料襯底下表面制備下電極；[〇〇25]其中，在所述S4中，將p型材料填充物溶液通過物理、化學或者電化學的方法使得所述P型材料填充物填充到P型材料網絡空隙當中；然后對所述復合薄膜進行烘干處理。
[0026]本發(fā)明提供的太陽能電池的制備方法，包括了制備P型材料層為p型材料填充物填充P型材料網絡空隙的復合薄膜的方法，其制備工藝簡單、制備方法易大規(guī)模生產、不需要高溫摻雜工藝、成本較低，利用本發(fā)明提出的P型材料填充物填充P型材料網絡的復合薄膜制備的太陽能電池的效率遠遠高于單獨的P型材料網絡薄膜-硅太陽能電池，遠遠高于單獨的P型材料填充物-硅太陽能電池的效率。【附圖說明】
[0027]后文將參照附圖以示例性而非限制性的方式詳細描述本發(fā)明的一些具體實施例。 附圖中相同的附圖標記標示了相同或類似的部件或部分。本領域技術人員應該理解，這些附圖未必是按比例繪制的。附圖中:
[0028]圖1是根據本發(fā)明一個實施例的一種太陽能電池的結構示意圖；[〇〇29]圖2a是圖1所示的一種太陽能電池的p型材料層與n型材料層接觸界面處的p型材料填充物填充無序型P型材料網絡的復合結構示意圖；
[0030]圖2b是圖1所示的一種太陽能電池的p型材料層與n型材料層接觸界面處的p型材料填充物填充Y型結連通型p型材料網絡的復合結構示意圖；
[0031]圖2c是圖1所示的一種太陽能電池的p型材料層與n型材料層接觸界面處的p型材料填充物填充有序型P型材料網絡的復合結構示意圖；[〇〇32]圖2d是圖1所示的一種太陽能電池的p型材料層與n型材料層接觸界面處的多種p型材料填充物交替陣列填充多種P型材料網絡的復合結構示意圖；
[0033]圖2e是圖1所示的一種太陽能電池的p型材料層與n型材料層接觸界面處的多種p 型材料填充物交替陣列填充多種P型材料網絡的復合結構示意圖；
[0034]圖3是圖1所示的一種太陽能電池的p型材料填充物填充p型材料網絡的復合薄膜-娃的結構和原理不意圖；
[0035]圖4是根據本發(fā)明另一個實施例的一種太陽能電池的結構示意圖；[〇〇36]圖5是根據本發(fā)明一個實施例制備的聚(3，4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸 (PED0T:PSS)填充碳納米管網絡的復合薄膜-硅太陽能電池的電流密度-電壓曲線；
[0037]圖6是單獨的碳納米管薄膜-硅太陽能電池的電流密度-電壓曲線。[〇〇38]圖7是單獨的聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸(？￡00!':?33)-硅太陽能電池的電流密度-電壓曲線。[〇〇39]圖8是根據本發(fā)明一個實施例制備的與n型硅接觸界面處聚(3,4_乙烯二氧噻吩)_ 聚苯乙烯磺酸(PED0T:PSS)填充碳納米管網絡的復合薄膜的掃描電鏡照片。【具體實施方式】
[0040]實施例1
[0041]圖1是根據本發(fā)明一個實施例的一種太陽能電池的結構示意圖。如圖1所示，一種太陽能電池，其從下至上依次包括:下電極3、n型材料層l、p型材料層2,所述p型材料層2為p 型材料網絡21和填充在p型材料網絡21空隙當中的p型材料填充物22組成的復合薄膜，所述 p型材料網絡21與所述n型材料層1形成p型材料網絡-n型材料的p-n結，所述填充在p型材料網絡21空隙當中的p型材料填充物22與所述n型材料層1形成p型材料填充物-n型材料的p-n 結，所述P型材料網絡21和填充在p型材料網絡空隙21當中的p型材料填充物22與所述n型材料層1形成(P型材料網絡和P型材料填充物)_n型材料的p-n結。[〇〇42]圖2a是圖1所示的一種太陽能電池的p型材料層與n型材料層接觸界面處的p型材料填充物填充無序型P型材料網絡的復合結構示意圖；圖2b是圖1所示的一種太陽能電池的 P型材料層與n型材料層接觸界面處的p型材料填充物填充Y型結連通型p型材料網絡的復合結構示意圖；圖2c是圖1所示的一種太陽能電池的p型材料層與n型材料層接觸界面處的p型材料填充物填充有序型P型材料網絡的復合結構示意圖；圖2d是圖1所示的一種太陽能電池的P型材料層與n型材料層接觸界面處的多種p型材料填充物交替陣列填充多種p型材料網絡的復合結構示意圖；圖2e是圖1所示的一種太陽能電池的p型材料層與n型材料層接觸界面處的多種P型材料填充物交替陣列填充多種P型材料網絡的復合結構示意圖。如圖2所示， 具體地，在P型材料層2中，p型材料網絡21與填充在p型材料網絡21空隙當中的p型材料填充物22緊密結合組成復合薄膜。所述p型材料層2的復合薄膜包括擁有預定孔隙的p型材料網絡21薄膜和能夠填充p型材料網絡21空隙的p型材料填充物22,在所述的復合薄膜中，所述p 型材料填充物22能夠填充到所述p型材料網絡21的空隙當中，形成一種類似于“高速公路網”的結構，所述P型材料網絡21可作為載流子傳輸的“高速公路網”，所述p型材料填充物22 則填充進入所述P型材料網絡21空隙當中，作為“高速公路網”間隙中的土地。其中21a、21b 為組成P型材料網絡21的不同p型材料，22&、2213、22〇、22(1為組成？型材料填充物22的不同？ 型材料。
[0043]圖3是圖1所示的一種太陽能電池的p型材料填充物填充p型材料網絡的復合薄膜-硅的結構和原理示意圖。如圖3所示，在所述的p型材料填充物22填充p型材料網絡21的復合薄膜中，P型材料網絡21和填充在p型材料網絡21空隙當中的p型材料填充物22均能與n型材料層1緊密接觸并且形成p-n結，相當于p型材料網絡-n型材料和p型材料填充物-n型材料兩個并聯的P_n結，且二者(p型材料網絡21和填充在p型材料網絡21空隙當中的p型材料填充物22)的協同作用與n型材料層1形成新的p-n結。n型材料層1吸收太陽輻射產生光生載流子，即在n型材料層1臨近上表面處產生大量的電子5空穴6對，電子5和空穴6在p-n結的界面處分離，在內建電場的作用下，電子5通過n型材料層1傳輸到下電極3,空穴6進入p型材料網絡21和填充到p型材料網絡21空隙當中的p型材料填充物22當中。而且，p型材料網絡21和填充到P型材料網絡21空隙當中的p型材料填充物22當中的空穴6還可以相互轉移，p型材料網絡21和p型材料填充物22的耦合作用與n型材料層1接觸形成新的p-n結。需要理解的是在圖 3中將p型材料網絡21和填充在p型材料網絡21空隙當中的p型材料填充物22分成相鄰的兩塊僅是為了形象地描述其二者與n型材料層1形成并聯的p-n結，且二者相互協同作用形成新的p-n結，并不意味著p型材料網絡21與p型材料填充物22是分離式設置的。
[0044]其中，p型材料網絡21 (將其簡稱為Pi)與n型材料層1形成的p-n結稱為P1-N，p型材料填充物22(將其簡稱為P2)與n型材料層1形成的p-n結稱為P2-N，這兩種p型材料(p型材料網絡21和p型材料填充物22)與n型材料層1緊密接觸形成的p-n結相當于p型材料網絡-n型材料和p型材料填充物-n型材料兩個并聯的p-n結。在本發(fā)明提出的太陽能電池中，P1-N和 P2-N協同作用形成的p-n結稱為P銅-N。這種獨特結構設計不僅能夠發(fā)揮丹-N中p型材料網絡薄膜優(yōu)異的光電性質，還能利用P2_N來增加太陽能電池的有效p-n結面積。尤其這兩種p型材料的相互作用與n型材料層1接觸或者這兩種p-n結的協同作用形成新的p-n結。這種太陽能電池的設計有效提升了其光電轉換效率。而現有技術設計的P#PP2混合的太陽能電池，Pi 被完全包覆在P2中稱為P1P〗，之間的p-n結實際上只是由p型材料填充物與n型硅接觸形成的。在該結構設計中由于P型材料網絡被完全包覆在導電聚合物中，P型材料網絡不能與娃接觸形成p-n結，所以這種太陽能電池不能有效發(fā)揮p型材料網絡薄膜優(yōu)異的光電性質。
[0045]進一步地，在p型材料層2中，所述的p型材料網絡21可選地為連續(xù)的碳納米管網絡薄膜，或者為有擇優(yōu)取向排列的碳納米管薄膜，或者為有擇優(yōu)取向排列的碳納米管或碳納米管束相互交疊形成規(guī)則的或者無規(guī)則的網絡狀薄膜，或者為氧化銦鋅(AZ0)網絡薄膜，氧化銅(CuO)網絡薄膜?？蛇x地，p型材料層2可以作為太陽能電池導電上電極。作為太陽能電池導電上電極的碳納米管網絡薄膜的透光率應大于65%，面電阻應小于1000 Q/□?？蛇x地，所述碳納米管網絡薄膜為純的碳納米管網絡薄膜，或者為經過修飾的碳納米管網絡薄膜。其中，所述的修飾過的碳納米管網絡薄膜，應提高其透明導電性，或者提高功函數，或者擁有減反作用，或者二個以及多個功效兼?zhèn)?。常用的修飾材料有氯化?AuC13)、氧化鉬 (MoOx)〇
[0046]進一步地，在p型材料層2中，所述的p型材料填充物22可選地為p型導電聚合物或者P型無機半導體；可選地，所述P型導電聚合物是聚(3,4_乙烯二氧噻吩)_聚苯乙烯磺酸 (PED0T:PSS)、聚苯胺(PANI)和聚吡咯(PPy)中的一種或者其中二者或多者的混合物;p型無機半導體可選地為碘化亞銅(Cul)、氧化錫(Sn〇2)。
[0047]進一步地，所述n型材料層1為半導體材料;可選地，n型材料層1為n型娃片襯底、n 型摻雜的鍺襯底或者n型摻雜的砷化鎵襯底中的一種或多種。其中，所述的半導體材料還可以通過處理形成功能化結構，可選功能化結構有織構、納米圖案化。下電極3應與n型材料層 1形成歐姆接觸，代表性的有液體金屬銦鎵共熔合金(EGaln)、鋁電極。
[0048] 進一步地，所述太陽能電池還包括上電極4,所述上電極4部分或完全覆蓋設置在所述P型材料層2的上表面。上電極4應與p型材料填充物22填充p型材料網絡21的復合薄膜， 與p型材料網絡21薄膜，與p型材料填充物22均形成歐姆接觸，代表性的上電極4的材料有銀膠、Cr/Au或者Ti/Au等。
[0049]進一步地，所述p型材料層2和所述n型材料層1之間的部分界面處設置有絕緣氧化層7,優(yōu)選地，所述絕緣氧化層7為環(huán)形。所述太陽能電池還包括上電極4,所述上電極4部分或完全覆蓋設置在所述P型材料層2的上表面。所述上電極4與所述p型材料網絡21薄膜、所述P型材料填充物22中的任一相接觸或者與兩者同時接觸。圖4是根據本發(fā)明另一個實施例的一種太陽能電池的結構示意圖，如圖4所示，該太陽能電池依次含有下電極3、設于所述下電極3上的硅片、沉積于所述硅片(S卩n型材料層1)上的環(huán)形絕緣二氧化硅層(即絕緣氧化層 7)、連續(xù)覆蓋于硅片上表面和環(huán)形絕緣二氧化硅層上的p型材料填充物22填充p型材料網絡 21的復合薄膜(S卩p型材料層2)、上電極4。其結構與前述結構相似，不同的地方是，在n型材料層1和P型材料層2之間還包括一個環(huán)形的絕緣氧化層7,在環(huán)形的絕緣氧化層7和n型材料層1上部緊密覆蓋有P型材料層2,在p型材料層2上部設置有歐姆接觸的上電極4?？蛇x地，所述的P型材料填充物22填充p型材料網絡21的復合薄膜中，在復合薄膜不與n型材料層1接觸的另一表面上，P型材料網絡21薄膜既可以被p型材料填充物22覆蓋，也可以裸露出來。
[0050]本發(fā)明提供的一種太陽能電池，其p型材料層2為p型材料網絡21和填充在p型材料網絡21空隙當中的p型材料填充物22組成的復合薄膜，所述p型材料網絡21與所述n型材料層1形成p型材料網絡-n型材料的p-n結，所述填充在p型材料網絡21空隙當中的p型材料填充物22與所述n型材料層1形成p型材料填充物-n型材料的p-n結，所述p型材料網絡21和填充在P型材料網絡21空隙當中的p型材料填充物22與所述n型材料層1形成(p型材料網絡和p 型材料填充物)-n型材料的p-n結;p型材料網絡21和填入p型材料網絡21空隙當中的p型材料填充物22均能和n型材料層1緊密接觸形成p-n結，而且這兩種p型材料(p型材料網絡21和 p型材料填充物22)的相互作用與n型材料層1接觸或者這兩種p-n結的協同作用形成新的p-n結。這種結構設計不僅能夠有效發(fā)揮p型材料網絡-n型材料的p-n結中p型材料網絡薄膜優(yōu)異的光電性質，還能利用P型材料填充物-n型材料的p-n結來增加太陽能電池的有效p-n結面積，從而有效提升了其光電轉換效率。
[0051]本發(fā)明還提供了一種如上所述的太陽能電池的制備方法，其包括以下步驟:[〇〇52] S1、制備絕緣氧化層，在n型材料層1上通過熱氧化的方法制備預定厚度的絕緣氧化層；[〇〇53] S2、刻蝕絕緣氧化層，得到圖案化的n型材料襯底，即刻蝕出具有規(guī)則形狀的n型材料層窗口，各窗口之間擁有規(guī)則間隔；
[0054] S3、在所述刻蝕后的n型材料襯底上表面覆蓋p型材料網絡21薄膜；
[0055] S4、制備p型材料網絡21和填充在p型材料網絡21空隙當中的p型材料填充物22組成的復合薄膜，將P型材料填充物22填充進所述p型材料網絡21薄膜的間隙；
[0056]S5、在所述n型材料襯底下表面制備下電極3;[〇〇57]其中，在所述S4中，將p型材料填充物22溶液通過物理、化學或者電化學的方法使得所述P型材料填充物22填充到p型材料網絡21空隙當中；然后對所述復合薄膜進行烘干處理。當然地，在制備過程中還可以在所述復合薄膜的上表面制備上電極4,此步驟也可以省略。[〇〇58]制備復合薄膜的物理、化學或者電化學的方法中有效的有蒸鍍、旋涂、噴涂、電鍍、 印刷或滴注的方法。
[0059]本發(fā)明提供的太陽能電池的制備方法，包括了制備P型材料層2為p型材料填充物 22填充p型材料網絡21空隙的復合薄膜的方法，其制備工藝簡單、制備方法易大規(guī)模生產、 不需要高溫摻雜工藝、成本較低，利用本發(fā)明提出的P型材料填充物填充P型材料網絡的復合薄膜制備的太陽能電池的效率遠遠高于單獨的P型材料網絡薄膜-硅太陽能電池，遠遠高于單獨的P型材料填充物-硅太陽能電池的效率。
[0060]更詳細地，[0061 ]制備聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸(？￡00!':?55)填充碳納米管網絡的復合薄膜-硅太陽能電池。
[0062]1)制備絕緣氧化層。在n型摻雜的硅片上通過熱氧化的方法得到絕緣二氧化硅層， 厚度為納米量級，優(yōu)選地10?500nm〇
[0063]2)刻蝕絕緣氧化層，得到圖案化的硅片襯底。采用光刻的方法，用B0E刻蝕液刻蝕掉未被光刻膠保護的二氧化娃層。娃片基底下表面的絕緣二氧化娃層全部被刻蝕掉，裸露出干凈的硅表面;硅片基底上表面窗口部分的絕緣二氧化硅層被刻蝕掉。[〇〇64]3)在步驟2)得到的硅片的上表面覆蓋一層透光率大于65%，面電阻小于1000 Q/□的碳納米管網絡薄膜，孔隙率大于30%，并用乙醇潤濕碳納米管薄膜，待乙醇揮發(fā)后，碳納米管網絡薄膜連續(xù)的與硅片基底上表面裸露的硅窗口和四周的環(huán)形絕緣二氧化硅層形成緊密的接觸。
[0065]4)在步驟3)得到的碳納米管網絡薄膜-硅襯底以及環(huán)形絕緣二氧化硅層上表面的碳納米管網絡薄膜上旋涂PED0T:PSS溶液，然后在120°C下烘干15分鐘。在硅片襯底上得到本發(fā)明提出的PED0T:PSS導電聚合物填充碳納米管網絡的復合薄膜，其特征在于碳納米管網絡薄膜完全被PED0T:PSS導電聚合物覆蓋。[〇〇66]5)在步驟4)得到的PEDOT: PSS填充碳納米管網絡的復合薄膜-硅太陽能電池的上表面制作上電極。具體操作為在PED0T:PSS填充碳納米管網絡的復合薄膜的上表面上蒸鍍 Cr/Au、Ti/Au或者涂抹銀膠環(huán)形電極作為上電極。其特征在于該上電極和PED0T:PSS導電聚合物形成歐姆接觸。[〇〇67]6)在步驟5)得到的PEDOT: PSS填充碳納米管網絡的復合薄膜-硅電池的下表面制作下電極。具體操作為在硅片的下表面蒸鍍鋁電極或者涂抹液體金屬銦鎵共熔合金 (EGaln)作為下電極。[〇〇68]7)將步驟6)得到的聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸(？￡00!':?33)填充碳納米管網絡的復合薄膜-硅太陽能電池在標準光源(AM 1.5, lOOmW/cm2)下測試，測試結果如圖5所示。[〇〇69]圖5是根據本發(fā)明一個實施例制備的聚(3,4-乙烯二氧噻吩)_聚苯乙烯磺酸(PEDOT:PSS)填充碳納米管網絡的復合薄膜-硅太陽能電池的電流密度-電壓曲線。如圖5所示，聚(3，4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸(PEDOT: PSS)填充碳納米管網絡的復合薄膜-硅太陽能電池的測試結果為:短路電流密度為28.4mA/cm2,開路電壓為541mV，填充因子為 52.1%，光電轉化效率為8.0%。
[0070]圖6是單獨的碳納米管薄膜-硅太陽能電池的電流密度-電壓曲線。[〇〇71]圖7是單獨的聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸(？￡00!':?33)-硅太陽能電池的電流密度-電壓曲線。[〇〇72]圖8是根據本發(fā)明一個實施例制備的與n型硅接觸界面處聚(3,4_乙烯二氧噻吩)_ 聚苯乙烯磺酸(PED0T:PSS)填充碳納米管網絡的復合薄膜的掃描電鏡照片。此實施例中所用的碳納米管網絡為一種碳納米管或管束間由Y型結連通的、類似于蜘蛛網分級結構的連續(xù)網絡薄膜，厚度約80nm，透光率約80%，網絡孔隙約為數十至數百納米。由圖可見，在復合薄膜與基底接觸界面處存在大量的裸露的碳納米管或管束，而且復合薄膜沒有出現裂紋或碳納米管(束)脫落的現象(個別孤立的長碳納米管是由于將復合薄膜從基底上揭開時由于外力使之從復合薄膜中拔出所致)，這說明碳納米管或管束沒有被包覆在導電聚合物中，且與導電聚合物復合牢固。
[0073]為進一步證實本發(fā)明提出的導電聚合物填充碳納米管網絡的復合薄膜制備的太陽能電池的效率遠遠高于單獨的碳納米管薄膜-硅太陽能電池，遠遠高于單獨的導電聚合物-硅太陽能電池的效率。本發(fā)明根據實施例1的步驟1)-3)，5)_7)，制備了單獨的碳納米管薄膜-硅太陽能電池，根據實施例1的步驟1)-2)，4)_7)，制作了單獨的聚(3,4_乙烯二氧噻吩)_聚苯乙烯磺酸(PEDOT: PSS)-硅太陽能電池，同樣在標準光源(AM 1.5，100mW/cm2)下測試。碳納米管薄膜-硅太陽能電池的測試結果如圖6所示，短路電流密度為26.4mA/cm2,開路電壓為513mV，填充因子為37.0%，光電轉化效率為5.0%。這主要由于在碳納米管網絡薄膜-硅太陽能電池中，只有碳納米管或者碳納米管束和硅襯底接觸的地方才能形成p-n結， 其P_n結的有效面積遠小于電池的窗口面積。聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸 (PEDOT: PSS)-硅太陽能電池的測試結果如圖7所示，短路電流密度為3 3.9mA/cm2，開路電壓為457mV，填充因子為26.1%，光電轉化效率為4.1%。這主要由于在導電聚合物-硅太陽能電池中，導電聚合物具有較低的載流子迀移率所致。
[0074]由此可以看出，本發(fā)明提出的導電聚合物填充碳納米管網絡的復合薄膜-硅太陽能電池與單獨的碳納米管薄膜-硅太陽能電池相比較，填充因子提高了 41%、光電轉換效率提高了 60%;和單獨的導電聚合物-硅太陽能電池相比較，填充因子提高了 99%、光電轉換效率提高了 95%。這主要利用了在碳納米管網絡與導電聚合物復合薄膜中碳納米管網絡可以充當載流子傳輸的“高速公路網”，因為碳納米管擁有很高的載流子迀移率。如圖3所示， 太陽光穿過復合薄膜2被n-硅襯底1吸收后，形成的光生載流子在p-n結界面處分離，電子5 進入硅襯底1中，空穴6進入本發(fā)明提出的復合薄膜2當中，而且空穴6可以在碳納米管網絡 21和填充碳納米管網絡空隙當中的導電聚合物22當中相互轉移。空穴6—旦進入復合薄膜2 中，能夠馬上通過碳納米管網絡21的“高速公路網”傳輸到外電路被收集起來。說明本發(fā)明提出的太陽能電池的結構設計和原理能夠充分發(fā)揮碳納米管網絡優(yōu)異的光電性質和利用導電聚合物擬補的接收面積，以及二者的協同作用，從而大大地提高了光電轉換效率。 [〇〇75] 實施例2
[0076]制備聚苯胺(PANI)填充經修飾的碳納米管網絡的復合薄膜-硅太陽能電池。
[0077]1)制備絕緣氧化層。具體操作同實施例1的步驟1)，在此不作贅述。
[0078]2)刻蝕絕緣氧化層，得到圖案化的硅片襯底。具體操作同實施例1的步驟2)，在此不作贅述。
[0079]3)在步驟2)得到的硅片的上表面覆蓋碳納米管網絡薄膜。具體操作同實施例1的步驟3)，在此不作贅述。
[0080]4)在步驟3)得到的碳納米管網絡薄膜-硅襯底的上表面旋涂AuC13溶液，然后在 120°C下烘干8分鐘，得到AuC13修飾的碳納米管網絡薄膜-硅太陽能電池。
[0081]5)在步驟4)得到的碳納米管網絡薄膜-硅的上表面制作上電極。具體操作為在碳納米管網絡薄膜的上表面上蒸鍍Cr/Au、Ti/Au或者涂抹銀膠環(huán)形電極作為上電極。其特征在于該上電極和碳納米管網絡薄膜和導電聚合物均形成歐姆接觸。
[0082]6)在步驟5)得到的碳納米管網絡薄膜-硅襯底以及環(huán)形絕緣二氧化硅層上表面的碳納米管網絡薄膜上旋涂PANI溶液，然后在150 °C下烘干10分鐘。在硅片襯底上得到本發(fā)明提出的PANI導電聚合物填充碳納米管網絡的復合薄膜。
[0083]7)在步驟6)得到的聚苯胺(PANI)填充碳納米管網絡的復合薄膜-硅太陽能電池的下表面制作下電極。具體操作步驟同實施例1的步驟6)，在此不作贅述。
[0084]實施例3[〇〇85]制備聚吡咯(PPy)填充經修飾的碳納米管網絡的復合薄膜-硅太陽能電池。
[0086]1)制備絕緣氧化層。具體操作同實施例1的步驟1)，在此不作贅述。
[0087]2)刻蝕絕緣氧化層，得到圖案化的硅片襯底。具體操作同實施例1的步驟2)，在此不作贅述。
[0088]3)在步驟2)得到的硅片的上表面覆蓋碳納米管網絡薄膜。具體操作同實施例1的步驟3)，在此不作贅述。
[0089]4)在步驟3)得到的碳納米管網絡薄膜-硅襯底的上表面用熱蒸鍍的方法蒸鍍一層 M〇0X，得到M〇0X修飾的碳納米管網絡薄膜-硅太陽能電池。
[0090]5)在步驟4)得到的碳納米管網絡薄膜-硅的上表面制作上電極。具體操作為在碳納米管網絡薄膜的上表面上蒸鍍Cr/Au、Ti/Au或者涂抹銀膠環(huán)形電極作為上電極。其特征在于該上電極與碳納米管網絡薄膜形成歐姆接觸。
[0091]6)在步驟5)得到的碳納米管網絡薄膜-硅襯底的上表面的碳納米管網絡薄膜的中間窗口區(qū)域噴涂PPy溶液，使得PPy僅填充中間窗口區(qū)域的碳納米管網絡薄膜。然后在80°C 下烘干30分鐘。在硅片襯底上得到本發(fā)明提出的PPy導電聚合物填充碳納米管網絡的復合薄膜，需要注意的是，碳納米管網絡薄膜沒有被PPy導電聚合物覆蓋，而是裸露出來。
[0092]7)在步驟6)得到的聚吡咯(PPy)填充碳納米管網絡的復合薄膜-硅太陽能電池的下表面制作下電極。具體操作步驟同實施例1的步驟6)，在此不作贅述。
[0093]實施例4[〇〇94] 制備聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸(？￡001':?33)和聚苯胺(？4祖)混合填充碳納米管網絡的復合薄膜-鍺太陽能電池。[〇〇95]1)在n型摻雜的鍺片1的上表面覆蓋一層透光率大于65%，面電阻小于1000 Q/口的碳納米管規(guī)則網絡薄膜，并用丙酮潤濕碳納米管規(guī)則網絡薄膜，待丙酮揮發(fā)后，碳納米管規(guī)則網絡薄膜連續(xù)地與鍺片基底1的上表面形成緊密的接觸。
[0096]2)步驟1)中所述的碳納米管規(guī)則網絡薄膜為n層有擇優(yōu)取向排列的碳納米管薄膜按照一定夾角a相互交疊形成規(guī)則的網絡薄膜。其中層數n彡1，夾角0° <a<90°。
[0097]3)在步驟1)得到的碳納米管規(guī)則網絡薄膜-鍺襯底的上表面的碳納米管規(guī)則網絡薄膜上滴注PEDOT: PSS和PANr混合溶液，然后在120 °C下烘干15分鐘。在鍺片襯底上得到本發(fā)明提出的PEDOT: PSS和PANI導電聚合物混合填充碳納米管網絡的復合薄膜。此太陽能電池的特征在于導電聚合物填充碳納米管網絡的復合薄膜既可作為太陽能電池P_n結當中的 P型層，又可作為透明導電上電極，所以所述太陽能電池的上電極可以省略。[〇〇98]4)在步驟3)得到的聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸(？￡00!':?33)和聚苯胺(PANI)混合填充碳納米管網絡的復合薄膜-鍺太陽能電池的上表面旋涂Ti02溶液，然后在 120°C下烘干15分鐘，作為太陽能電池的減反層。[〇〇99]5)在步驟4)得到的聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸(？￡00!':?33)和聚苯胺(PANI)混合填充碳納米管網絡的復合薄膜-鍺太陽能電池的下表面制作下電極。具體操作步驟同實施例1的步驟6)，在此不作贅述。
[0100]實施例5
[0101]制備聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸(？￡00!':?55)填充碳納米管網絡的復合薄膜-納米結構娃太陽能電池。
[0102]1)用四甲基氫氧化銨(TMAH)溶液各向異性刻蝕n型摻雜的硅片1，得到納米結構的硅襯底
[0103]2)在步驟1)得到的納米結構硅襯底的上表面覆蓋碳納米管網絡薄膜。具體操作步驟同實施例4的步驟1)，在此不作贅述。
[0104]3)在步驟2)得到的碳納米管網絡薄膜-納米結構硅襯底的上表面的碳納米管網絡薄膜上滴注PED0T:PSS溶液，然后在120°C下烘干15分鐘。在納米結構硅片襯底上得到本發(fā)明提出的PEDOT: PSS導電聚合物混合填充碳納米管網絡的復合薄膜。此太陽能電池的特征在于導電聚合物填充碳納米管網絡的復合薄膜既可作為太陽能電池P_n結當中的p型層，又可作為透明導電上電極，所以所述太陽能電池的上電極可以省略。
[0105]4)在步驟3)得到的聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸(？￡00!':?33)填充碳納米管網絡的復合薄膜-納米結構硅太陽能電池的下表面制作下電極。具體操作步驟同實施例1的步驟6)，在此不作贅述。
[0106]實施例6[〇1〇7] 制備聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸(？￡001':?33)、聚苯胺(？4見)和聚吡咯 (PPy)混合填充碳納米管網絡和金屬網格的復合薄膜-硅太陽能電池。
[0108]1)在n型摻雜的硅片的上表面用離子濺射的方法蒸鍍一層預定厚度的金屬網格，例如，厚度為11?800nm的金網格。[〇1〇9]2)步驟1)中所述的金網格的柵線之間按照一定夾角a相互交疊，夾角〇° <a<90°。
[0110]3)在步驟1)得到的金網格-硅襯底的上表面覆蓋碳納米管網絡薄膜。具體操作步驟同實施例4的步驟1)，在此不作贅述。
[0111]4)在步驟3)得到的碳納米管網絡薄膜和金網格-硅襯底的上表面的印刷PEDOT: PSS、PANI和PPy的混合溶液，然后在80 °C下烘干15分鐘。在硅片襯底1上得到本發(fā)明提出的PEDOT:PSS、PANI和PPy導電聚合物混合填充碳納米管網絡和金網格的復合薄膜。值得注意的是，導電聚合物填充碳納米管規(guī)則網絡的復合薄膜既可作為太陽能電池p-n結當中的p型層，又可作為透明導電上電極，所以所述太陽能電池的上電極可以省略。
[0112]5)在步驟4)得到的聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸(？￡00!':?33)、聚苯胺 (PANI)和聚吡咯(PPy)混合填充碳納米管網絡和金網格的復合薄膜-硅太陽能電池的下表面制作下電極。具體操作步驟同實施例1的步驟6)，在此不作贅述。
[0113]實施例7
[0114]制備聚(3，4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸(PEDOT: PSS)填充氧化銦鋅(AZ0)網格的復合薄膜-硅太陽能電池。
[0115]1)在n型摻雜的硅片的上表面用熱蒸鍍的方法蒸鍍一層預定厚度的AZ0網格，優(yōu)選地，厚度為0.2?500nm〇[〇116]2)步驟1)中所述的AZ0網格的柵線之間按照一定夾角a相互交疊，夾角〇° <a<90。。
[0117]3)在步驟1)得到的AZ0網格-硅襯底的上表面旋涂PEDOT: PSS溶液，然后在120 °C下烘干15分鐘。在硅片襯底1上得到本發(fā)明提出的PEDOT: PSS導電聚合物填充AZ0網格的復合薄膜。值得注意的是，導電聚合物填充金網格的復合薄膜既可作為太陽能電池P-n結當中的 P型層，又可作為透明導電上電極，所以所述太陽能電池的上電極可以省略。
[0118]4)在步驟3)得到的聚(3,4_乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸(PED0T:PSS)填充AZ0網格的復合薄膜_硅太陽能電池的下表面制作下電極。具體操作步驟同實施例1的步驟6)，在此不作贅述。
[0119]實施例8[〇12〇] 制備聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸(？￡001':?33)和聚苯胺(？4祖)交替陣列填充碳納米管網絡和金屬網格的復合薄膜-硅太陽能電池。
[0121]1)制備絕緣氧化層。具體操作同實施例1的步驟1)，在此不作贅述。
[0122]2)刻蝕絕緣氧化層，得到圖案化的硅片襯底。具體操作同實施例1的步驟2)，在此不作贅述。
[0123]3)在步驟2)得到的硅片的上表面覆蓋碳納米管網絡薄膜。具體操作同實施例1的步驟3)，在此不作贅述。
[0124]4)在步驟3)得到的碳納米管網絡薄膜-硅襯底的上表面用磁控濺射的方法蒸鍍一層0.3?800nm厚的銀網格。
[0125]5)步驟4)中所述的銀網格的柵線之間按照一定夾角a相互交疊，夾角〇° <a<90°。
[0126]6)在步驟4)得到的碳納米管網絡薄膜和銀網格-硅的上表面制作上電極。具體操作為在碳納米管網絡薄膜和銀網格的上表面上蒸鍍Cr/Au、Ti/Au或者涂抹銀膠環(huán)形電極作為上電極。其特征在于該上電極和銀網格、碳納米管網絡薄膜、導電聚合物均形成歐姆接觸。
[0127]7)在步驟6)得到的碳納米管網絡薄膜和銀網格-硅襯底以及環(huán)形絕緣二氧化硅層上表面采用噴墨打印的方法，分別打印PEDOT: PSS溶液和PANI溶液，使得PEDOT: PSS和PANI 按照陣列排布交替地填充在碳納米管網絡薄膜和銀網格的空隙中，然后在120°C下烘干15 分鐘。在硅片襯底上得到本發(fā)明提出的PED0T:PSS和PANI導電聚合物陣列填充碳納米管網絡和銀網格的復合薄膜。
[0128]8)在步驟7)得到的聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸(？￡00!':?33)和聚苯胺 (PANI)交替陣列填充碳納米管網絡和金屬網格的復合薄膜-硅太陽能電池的下表面制作下電極。具體操作步驟同實施例1的步驟6)，在此不作贅述。
[0129]實施例9[〇13〇] 制備聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸(？￡001':?33)、碘化亞銅(〇11)交替陣列填充碳納米管網絡和金屬網格的復合薄膜-硅太陽能電池。
[0131]1)在n型摻雜的硅片的上表面旋涂銀納米線分散液，烘干，然后在硅片上獲得由銀納米線組成的網格。
[0132]2)在步驟1)得到的銀網格-硅襯底的上表面覆蓋碳納米管網絡薄膜。具體操作步驟同實施例4的步驟1)，在此不作贅述。
[0133]3)在步驟3)得到的碳納米管網絡薄膜和銀網格-硅襯底的上表面用陣列狀掩膜版保護，噴涂PEDOT: PSS溶液，然后在120 °C下烘干15分鐘;然后再用另一塊互補的陣列狀掩膜版保護襯底，沉積Cul薄膜。在硅片襯底1上得到本發(fā)明提出的PED0T:PSS、CuI交替陣列填充碳納米管網絡和銀網格的復合薄膜。值得注意的是，P型材料層既可作為太陽能電池p-n結當中的P型層，又可作為透明導電上電極，所以所述太陽能電池的上電極可以省略。
[0134]4)在步驟4)得到的聚(3,4_乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸(PED0T:PSS)、碘化亞銅 (Cul)交替陣列填充碳納米管網絡和銀網格的復合薄膜-硅太陽能電池的下表面制作下電極。具體操作步驟同實施例1的步驟6)，在此不作贅述。
[0135]實施例10
[0136]制備聚苯胺(PANI)填充碳納米管束網格的復合薄膜-硅太陽能電池。
[0137]1)制備絕緣氧化層。具體操作同實施例1的步驟1)，在此不作贅述。
[0138]2)刻蝕絕緣氧化層，得到圖案化的硅片襯底。具體操作同實施例1的步驟2)，在此不作贅述。
[0139]3)在步驟2)得到的硅片的上表面放置一層碳納米管束網格。
[0140]4)在步驟3)得到的碳納米管束網格-硅襯底以及環(huán)形絕緣二氧化硅層上表面噴涂 PANI溶液，然后在150 °C下烘干10分鐘。在硅片襯底上得到本發(fā)明提出的PANI導電聚合物填充碳納米管束網格的復合薄膜。具體操作同實施例1的步驟4)，在此不作贅述。
[0141]5)在步驟4)得到的PANI填充碳納米管束網格的復合薄膜-硅太陽能電池的上表面制作上電極。具體操步驟同實施例1的步驟5)，在此不作贅述。
[0142]6)在步驟5)得到的聚苯胺(PANI)填充碳納米管束網絡的復合薄膜-硅太陽能電池的下表面制作下電極。具體操作步驟同實施例1的步驟6)，在此不作贅述。
[0143]實施例11
[0144]制備碘化亞銅(Cul)填充碳納米管束網格和石墨烯條帶網格的復合薄膜-硅太陽能電池。
[0145]1)制備絕緣氧化層。具體操作同實施例1的步驟1)，在此不作贅述。
[0146]2)刻蝕絕緣氧化層，得到圖案化的硅片襯底。具體操作同實施例1的步驟2)，在此不作贅述。
[0147]3)在步驟2)得到的硅片的上表面放置一層碳納米管束網格。
[0148]4)在步驟3)中所述的碳納米管束網格-硅襯底的上表面轉移石墨烯條帶網格。
[0149]5)步驟3)中所述的碳納米管束網格的碳納米管束之間和步驟4)所述的石墨烯條帶網格的石墨烯條帶之間按照一定夾角a相互交疊，夾角0° <a<90°。
[0150]6)在步驟4)得到的碳納米管束網格和石墨烯條帶網格-硅襯底以及環(huán)形絕緣二氧化硅層上表面采用脈沖激光沉積的方法沉積Cul薄膜。在硅片襯底上得到本發(fā)明提出的Cul 填充碳納米管束網格和石墨烯條帶網格的復合薄膜。具體操作同實施例1的步驟4)，在此不作贅述。
[0151]7)在步驟6)得到的Cul填充碳納米管束網格和石墨烯條帶網格的復合薄膜-硅的上表面制作上電極。步驟同實施例1的步驟5)，在此不作贅述。
[0152]8)在步驟7)得到的碘化亞銅(Cul)填充碳納米管束網絡和石墨烯條帶網格的復合薄膜-硅太陽能電池的下表面制作下電極。具體操作步驟同實施例1的步驟6)，在此不作贅述。
[0153]實施例12[〇154]制備氧化錫(Sn02)填充氧化銅(CuO)網格的復合薄膜-硅太陽能電池。
[0155]1)制備絕緣氧化層。具體操作同實施例1的步驟1)，在此不作贅述。
[0156]2)刻蝕絕緣氧化層，得到圖案化的硅片襯底。具體操作同實施例1的步驟2)，在此不作贅述。
[0157]3)在步驟2)得到的硅片的上表面旋涂CuO納米線分散液，烘干形成CuO網格薄膜。
[0158]4)在步驟3)得到的CuO網格-硅襯底以及環(huán)形絕緣二氧化硅層上表面旋涂Sn02納米球分散液。在硅片襯底上得到本發(fā)明提出的Sn02填充CuO網格的復合薄膜。具體操作同實施例1的步驟4)，在此不作贅述。
[0159]5)在步驟4)得到的Sn02填充CuO網格的復合薄膜-硅的上表面制作上電極。步驟同實施例1的步驟5)，在此不作贅述。
[0160]6)在步驟5)得到的Sn02填充CuO網格的復合薄膜-硅太陽能電池的下表面制作下電極。具體操作步驟同實施例1的步驟6)，在此不作贅述。
[0161]本發(fā)明提供的太陽能電池的制備方法，包括了制備P型材料層2為p型材料填充物 22填充p型材料網絡21空隙的復合薄膜的方法，其制備工藝簡單、制備方法易大規(guī)模生產、 不需要高溫摻雜工藝、成本較低，利用本發(fā)明提出的P型材料填充物填充P型材料網絡的復合薄膜制備的太陽能電池的效率遠遠高于單獨的P型材料網絡薄膜-硅太陽能電池，遠遠高于單獨的P型材料填充物-硅太陽能電池的效率。
[0162]根據本發(fā)明任一實施例提供的太陽能電池，其中所述的p型材料網絡21作為載流子傳輸的“高速公路網”。
[0163]根據本發(fā)明任一實施例提供的太陽能電池，其中所述的p型材料填充物22填充網絡空隙作為“高速公路網”間隙中的土地。
[0164]根據本發(fā)明任一實施例提供的太陽能電池，其中所述的n型襯底并不局限于傳統(tǒng)的n型半導體材料，也可以是廣義的n型襯底。
[0165]根據本發(fā)明任一實施例提供的太陽能電池，其中所述的光電轉換的根本原理是基于電子和空穴在P_n結界面分離，因此，太陽能電池的結構不限于圖4所述的結構。
[0166]根據本發(fā)明任一實施例提供的太陽能電池，第一種網絡21與n型襯底形成的p-n結稱為P21-N，第二種p型材料22與n型襯底形成的p-n結稱為P22-N，這兩種p型材料與n型襯底緊密接觸形成的p-n結相當于P21網絡_n型襯底和P22材料_n型襯底兩個并聯的p-n結。在本發(fā)明提出的太陽能電池中，P21_N和P22-N協同作用稱為P協同，P21-N和P22-N協同作用與n型襯底形成的P-n結稱為1?同-N。其中所述的p型材料層并不局限于網絡薄膜21和填充在此網絡空隙當中的P型材料22這兩種材料，也可為多種p型網絡21a, 21b, 21c...和多種p型填充物22a,22b,22c……，分別作為復合型(異質型或混合型)的“高速公路網”和“高速公路網”間隙中的土地;其中，多種P型材料共同填充多種“高速公路網”的網絡空隙，每種均與n型材料緊密接觸，形成多個并聯的P-n結，稱為P21a_N，P21b_N，P21c_N……,P22a-N,P22b-N,P22c-N……； 其協同作用也稱為Pi*同-N。
[0167]至此，本領域技術人員應認識到，雖然本文已詳盡示出和描述了本發(fā)明的示例性實施例，但是，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的情況下，仍可根據本發(fā)明公開的內容直接確定或推導出符合本發(fā)明原理的許多其他變型或修改。因此，本發(fā)明的范圍應被理解和認定為覆蓋了所有這些其他變型或修改。
【主權項】
1.一種太陽能電池，其特征在于，其從下至上依次包括:下電極、n型材料層、p型材料 層，所述P型材料層為P型材料網絡和填充在P型材料網絡空隙當中的P型材料填充物組成的 復合薄膜，所述P型材料網絡與所述n型材料層形成p型材料網絡-n型材料的p-n結，所述填 充在P型材料網絡空隙當中的P型材料填充物與所述n型材料層形成p型材料填充物-n型材 料的P-n結，所述p型材料網絡和填充在p型材料網絡空隙當中的p型材料填充物與所述n型 材料層形成(P型材料網絡和P型材料填充物)_n型材料的p-n結。2.根據權利要求1所述的太陽能電池，其特征在于，所述p型材料網絡_n型材料的p-n結 與所述P型材料填充物_n型材料的p-n結組成并聯的p-n結。3.根據權利要求1或2所述的太陽能電池，其特征在于，所述p型材料層的復合薄膜包括 擁有預定孔隙的P型材料網絡和能夠填充P型材料網絡空隙的P型材料填充物;在所述的復 合薄膜中，所述P型材料填充物能夠填充到所述P型材料網絡的空隙當中，形成一種“高速公 路網”的結構，所述P型材料網絡可作為載流子傳輸的“高速公路網”，所述P型材料填充物則 填充進入所述P型材料網絡空隙當中，作為“高速公路網”間隙中的土地。4.根據權利要求3所述的太陽能電池，其特征在于，所述p型材料網絡由一種或多種具 有高載流子迀移率的P型材料構成;所述P型材料為碳納米管網絡薄膜、氧化銦鋅(AZO)網絡 薄膜或氧化銅(CuO)網絡薄膜;可優(yōu)選地，所述碳納米管網絡薄膜為連續(xù)碳納米管的網絡狀 薄膜，或者有擇優(yōu)取向排列的碳納米管薄膜，或者有擇優(yōu)取向排列的碳納米管或碳納米管 束相互交疊形成規(guī)則的或者無規(guī)則的網絡狀薄膜;所述碳納米管網絡薄膜為純的碳納米管 網絡薄膜，或者為經過修飾的碳納米管網絡薄膜。5.根據權利要求1-4中任一項所述的太陽能電池，其特征在于，所述p型材料填充物由 一種或多種具有高功函數的P型材料構成;所述P型材料為P型導電聚合物或者P型無機半導 體或者二者的混合物;可選地，所述P型導電聚合物是聚(3,4_乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺 酸(PED0T:PSS)、聚苯胺(PANI)和聚吡咯(PPy)中的一種或者其中二者或多者的混合物;所 述P型無機半導體為碘化亞銅(CuI)、氧化錫(Sn02)。6.根據權利要求1-5中任一項所述的太陽能電池，其特征在于，所述n型材料層為n型半 導體材料襯底;可選地，所述n型半導體材料是n型娃、n型鍺或者n型砷化鎵中的一種。7.根據權利要求1-6中任一項所述的太陽能電池，其特征在于，所述p型材料層和所述n 型材料層之間的部分界面處設置有絕緣氧化層，優(yōu)選地，所述絕緣氧化層為環(huán)形。8.根據權利要求1-7中任一項所述的太陽能電池，其特征在于，所述太陽能電池還包括 上電極，所述上電極部分或完全覆蓋設置在所述P型材料網絡薄膜或者P型材料層的上表 面。9.根據權利要求8所述的太陽能電池，其特征在于，所述上電極與所述p型材料網絡薄 膜、所述P型材料填充物中的任一相接觸或者與兩者同時接觸。10.—種太陽能電池的制備方法，其特征在于，其包括以下步驟:S1、制備絕緣氧化層，在n型材料層上通過熱氧化的方法制備預定厚度的絕緣氧化層；S2、刻蝕絕緣氧化層，得到圖案化的n型材料襯底，即刻蝕出具有預定形狀的n型材料層 窗口，各窗口之間擁有一定間隔；S3、在所述刻蝕后的n型材料襯底上表面覆蓋p型材料網絡；S4、制備p型材料網絡和填充在p型材料網絡空隙當中的p型材料填充物組成的復合薄膜，將P型材料填充物填充進所述P型材料網絡的間隙；S5、在所述n型材料襯底下表面制備下電極；其中，在所述S4中，將p型材料填充物通過物理、化學或者電化學的方法使得所述p型材 料填充物填充到P型材料網絡空隙當中；然后對所述復合薄膜進行烘干處理。
【文檔編號】H01L51/46GK105990525SQ201610517877
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2016年7月4日
【發(fā)明人】范慶霞, 張強, 周文斌, 周維亞, 王艷春, 解思深
【申請人】中國科學院物理研究所