本发明涉及太阳能电池技术领域，特别是涉及一种基于硅纳米线阵列的太阳能电池及其制备方法。
背景技术：
单晶硅太阳电池因其造价过于昂贵，而无法进行广泛应用，而有机太阳能电池虽然成本较低，然而有机太阳能电池的效率远低于无机太阳能电池，也无法进行广泛应用。在此基础上，人们越来越关注有机-无机杂化太阳能电池的发展进程，有机-无机杂化太阳能电池可以结合有机材料和无机材料的优势，避免各自的缺陷，以得到较高的光电转换效率。现有的Si/PEDOT:PSS有机-无机杂化太阳能电池的光电转换效率在10％左右，有待进一步改善有机-无机杂化太阳能电池的内部结构，以提高其光电转换效率。
技术实现要素：
本发明的目的是克服上述现有技术的不足，提供一种基于硅纳米线阵列的太阳能电池及其制备方法。
为实现上述目的，本发明提出的一种基于硅纳米线阵列的太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
1)N型硅片的清洗；
2)在N型硅片的表面制备硅纳米线阵列；
3)对所述步骤2得到的N型硅片进行甲基化处理；
4)接着在所述N型硅片的上表面旋涂含有乙基乙酰乙酸二异丙醇铝和异丙醇锆的有机溶液，并进行热处理，进一步钝化所述N型硅片的上表面；
5)P3HT/酞菁铜复合层的制备：在所述步骤4得到的N型硅片的正面依次旋涂P3HT溶液、热蒸发酞菁铜、旋涂P3HT溶液、热蒸发酞菁铜、旋涂P3HT溶液，接着进行第一次退火处理，以形成所述P3HT/酞菁铜复合层；
6)PEDOT:PSS层的制备：在PEDOT:PSS水溶液中添加一定量的氯化镁，以形成PEDOT:PSS混合溶液，在所述步骤5得到的N型硅片的正面旋涂所述PEDOT:PSS混合溶液，并进行第二次退火处理，以形成所述PEDOT:PSS改性层；
7)在所述步骤6得到的N型硅片的背面利用原子层沉积法制备一氧化铝薄层，其中，沉积氧化铝的速率均为1-2埃米/周期，沉积的周期数为3-5；
8)正面栅电极的制备；
9)背面电极的制备。
上述基于硅纳米线阵列的太阳能电池的制备方法，进一步的，在所述步骤(2)中，通过湿法刻蚀或干法刻蚀在N型硅片的表面制备硅纳米线阵列，所述硅纳米线阵列中的单个硅纳米线的长度为1-1.5微米，所述硅纳米线的直径为100-400纳米，相邻硅纳米线的间距为200-600纳米。
上述基于硅纳米线阵列的太阳能电池的制备方法，进一步的，在所述步骤(3)中，首先将步骤(2)得到的N型硅片浸入饱和五氯化磷的氯苯溶液中，在120℃下浸泡1-2小时，接着将该N型硅片从该饱和五氯化磷的氯苯溶液中取出，然后将该N型硅片放置于1mol/L甲基氯化镁的四氢呋喃溶液中，在85℃下浸泡6-9小时，以在所述N型硅片的表面形成Si-CH3键，以钝化所述N型硅片。
上述基于硅纳米线阵列的太阳能电池的制备方法，进一步的，在所述步骤(4)中，所述含有乙基乙酰乙酸二异丙醇铝和异丙醇锆的有机溶液中所述乙基乙酰乙酸二异丙醇铝的浓度为0.3-0.9mg/ml，所述异丙醇锆的浓度为0.3-0.9mg/ml，旋涂的转速为4000-5000转/分钟，旋涂的时间为1-3分钟，所述热处理的温度200-300℃，所述热处理的时间为15-30分钟。
上述基于硅纳米线阵列的太阳能电池的制备方法，进一步的，在所述步骤(5)中，所述P3HT溶液的浓度0.5-1mg/ml，每次旋涂所述P3HT溶液的转速均为1000-2000转/分钟，每次旋涂所述P3HT溶液的时间均为2-4分钟，每次热蒸发酞菁铜的速率均为1-2埃米/秒，每次热蒸发酞菁铜的时间均为3-6秒，所述第一次退火处理的退火温度为130-160℃，所述第一次退火处理的退火时间为20-40分钟。
上述基于硅纳米线阵列的太阳能电池的制备方法，进一步的，在所述步骤(6)中，PEDOT:PSS混合溶液中的氯化镁的浓度为0.05-0.5mg/ml，旋涂所述PEDOT:PSS混合溶液的转速为2000-3000转/分钟，旋涂所述PEDOT:PSS混合溶液的时间为1-5分钟，所述第二次退火处理的退火温度为110-130℃，所述第二次退火处理的退火时间为15-30分钟。
上述基于硅纳米线阵列的太阳能电池的制备方法，进一步的，在所述步骤(8)中，通过热蒸镀金属银形成所述正面栅电极，所述正面栅电极的厚度为150-200纳米。
上述基于硅纳米线阵列的太阳能电池的制备方法，进一步的，在所述步骤(9)中，通过热蒸镀金属铝形成所述背面电极，所述背面电极的厚度为200-300纳米。
本发明还提供了一种基于硅纳米线阵列的太阳能电池，其采用上述方法制备形成的。
本发明与现有技术相比具有下列优点：
本发明的基于硅纳米线阵列的太阳能电池的制备过程中，首先进行甲基化处理以钝化硅表面，然后旋涂含有乙基乙酰乙酸二异丙醇铝和异丙醇锆的有机溶液，并通过热处理进一步钝化硅表面，通过两步钝化处理工艺有效减少了硅表面的缺陷态；在硅纳米线阵列表面先形成P3HT/酞菁铜复合层再形成PEDOT:PSS层，以得到高质量的有机复合薄膜，有效避免硅纳米线的顶端裸露于PEDOT:PSS层，超薄的P3HT/酞菁铜复合层改善了硅纳米线与PEDOT:PSS层之间的接触势垒，同时PEDOT:PSS层含有镁元素进一步提高了内建电场，N型硅片的背面制备有一超薄的氧化铝薄层，有效钝化了硅片的背面，上述各结构的相互配合，进而效提高了本发明的基于硅纳米线阵列的太阳能电池的光电转换效率。
附图说明
图1为本发明的基于硅纳米线阵列的太阳能电池的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明提出一种基于硅纳米线阵列的太阳能电池，所述基于硅纳米线阵列的太阳能电池从下至上包括背面电极1、背面钝化层2、N型单晶硅片3、硅纳米线阵列4、上表面钝化层5、P3HT/酞菁铜复合层6、PEDOT:PSS层7以及正面栅电极8。
本发明还提出了上述基于硅纳米线阵列的太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
1)N型硅片的清洗；
2)在N型硅片的表面制备硅纳米线阵列，通过湿法刻蚀或干法刻蚀在N型硅片的表面制备硅纳米线阵列，所述硅纳米线阵列中的单个硅纳米线的长度为1-1.5微米，所述硅纳米线的直径为100-400纳米，相邻硅纳米线的间距为200-600纳米；
3)对所述步骤2得到的N型硅片进行甲基化处理，具体步骤为：首先将步骤(2)得到的N型硅片浸入饱和五氯化磷的氯苯溶液中，在120℃下浸泡1-2小时，接着将该N型硅片从该饱和五氯化磷的氯苯溶液中取出，然后将该N型硅片放置于1mol/L甲基氯化镁的四氢呋喃溶液中，在85℃下浸泡6-9小时，以在所述N型硅片的表面形成Si-CH3键，以钝化所述N型硅片；
4)接着在所述N型硅片的上表面旋涂含有乙基乙酰乙酸二异丙醇铝和异丙醇锆的有机溶液，并进行热处理，进一步钝化所述N型硅片的上表面，其中，所述含有乙基乙酰乙酸二异丙醇铝和异丙醇锆的有机溶液中所述乙基乙酰乙酸二异丙醇铝的浓度为0.3-0.9mg/ml，所述异丙醇锆的浓度为0.3-0.9mg/ml，旋涂的转速为4000-5000转/分钟，旋涂的时间为1-3分钟，所述热处理的温度200-300℃，所述热处理的时间为15-30分钟；
5)P3HT/酞菁铜复合层的制备：在所述步骤4得到的N型硅片的正面依次旋涂P3HT溶液、热蒸发酞菁铜、旋涂P3HT溶液、热蒸发酞菁铜、旋涂P3HT溶液，接着进行第一次退火处理，以形成所述P3HT/酞菁铜复合层，其中，所述P3HT溶液的浓度0.5-1mg/ml，每次旋涂所述P3HT溶液的转速均为1000-2000转/分钟，每次旋涂所述P3HT溶液的时间均为2-4分钟，每次热蒸发酞菁铜的速率均为1-2埃米/秒，每次热蒸发酞菁铜的时间均为3-6秒，所述第一次退火处理的退火温度为130-160℃，所述第一次退火处理的退火时间为20-40分钟；
6)PEDOT:PSS层的制备：在PEDOT:PSS水溶液中添加一定量的氯化镁，以形成PEDOT:PSS混合溶液，在所述步骤5得到的N型硅片的正面旋涂所述PEDOT:PSS混合溶液，并进行第二次退火处理，以形成所述PEDOT:PSS改性层，其中，PEDOT:PSS混合溶液中的氯化镁的浓度为0.05-0.5mg/ml，旋涂所述PEDOT:PSS混合溶液的转速为2000-3000转/分钟，旋涂所述PEDOT:PSS混合溶液的时间为1-5分钟，所述第二次退火处理的退火温度为110-130℃，所述第二次退火处理的退火时间为15-30分钟；
7)在所述步骤6得到的N型硅片的背面利用原子层沉积法制备一氧化铝薄层，其中，沉积氧化铝的速率均为1-2埃米/周期，沉积的周期数为3-5；
8)正面栅电极的制备，通过热蒸镀金属银形成所述正面栅电极，所述正面栅电极的厚度为150-200纳米；
9)背面电极的制备，通过热蒸镀金属铝形成所述背面电极，所述背面电极的厚度为200-300纳米。
实施例1：
本发明还提出了上述基于硅纳米线阵列的太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
1)N型硅片的清洗；
2)在N型硅片的表面制备硅纳米线阵列，通过湿法刻蚀在N型硅片的表面制备硅纳米线阵列，所述硅纳米线阵列中的单个硅纳米线的长度为1.2微米，所述硅纳米线的直径为300纳米，相邻硅纳米线的间距为400纳米；
3)对所述步骤2得到的N型硅片进行甲基化处理，具体步骤为：首先将步骤(2)得到的N型硅片浸入饱和五氯化磷的氯苯溶液中，在120℃下浸泡1.5小时，接着将该N型硅片从该饱和五氯化磷的氯苯溶液中取出，然后将该N型硅片放置于1mol/L甲基氯化镁的四氢呋喃溶液中，在85℃下浸泡8小时，以在所述N型硅片的表面形成Si-CH3键，以钝化所述N型硅片；
4)接着在所述N型硅片的上表面旋涂含有乙基乙酰乙酸二异丙醇铝和异丙醇锆的有机溶液，并进行热处理，进一步钝化所述N型硅片的上表面，其中，所述含有乙基乙酰乙酸二异丙醇铝和异丙醇锆的有机溶液中所述乙基乙酰乙酸二异丙醇铝的浓度为0.6mg/ml，所述异丙醇锆的浓度为0.6mg/ml，旋涂的转速为4500转/分钟，旋涂的时间为2分钟，所述热处理的温度260℃，所述热处理的时间为25分钟；
5)P3HT/酞菁铜复合层的制备：在所述步骤4得到的N型硅片的正面依次旋涂P3HT溶液、热蒸发酞菁铜、旋涂P3HT溶液、热蒸发酞菁铜、旋涂P3HT溶液，接着进行第一次退火处理，以形成所述P3HT/酞菁铜复合层，其中，所述P3HT溶液的浓度0.7mg/ml，每次旋涂所述P3HT溶液的转速均为1800转/分钟，每次旋涂所述P3HT溶液的时间均为3分钟，每次热蒸发酞菁铜的速率均为1.5埃米/秒，每次热蒸发酞菁铜的时间均为4秒，所述第一次退火处理的退火温度为140℃，所述第一次退火处理的退火时间为30分钟；
6)PEDOT:PSS层的制备：在PEDOT:PSS水溶液中添加一定量的氯化镁，以形成PEDOT:PSS混合溶液，在所述步骤5得到的N型硅片的正面旋涂所述PEDOT:PSS混合溶液，并进行第二次退火处理，以形成所述PEDOT:PSS改性层，其中，PEDOT:PSS混合溶液中的氯化镁的浓度为0.2mg/ml，旋涂所述PEDOT:PSS混合溶液的转速为2500转/分钟，旋涂所述PEDOT:PSS混合溶液的时间为3分钟，所述第二次退火处理的退火温度为120℃，所述第二次退火处理的退火时间为20分钟；
7)在所述步骤6得到的N型硅片的背面利用原子层沉积法制备一氧化铝薄层，其中，沉积氧化铝的速率均为1埃米/周期，沉积的周期数为5；
8)正面栅电极的制备，通过热蒸镀金属银形成所述正面栅电极，所述正面栅电极的厚度为180纳米；
9)背面电极的制备，通过热蒸镀金属铝形成所述背面电极，所述背面电极的厚度为220纳米。
上述方法制备的基于硅纳米线阵列的太阳能电池的开路电压为0.61V，短路电流为33.6mA/cm2，填充因子为0.74，光电转换效率为15.17％。
实施例2
本发明还提出了上述基于硅纳米线阵列的太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
1)N型硅片的清洗；
2)在N型硅片的表面制备硅纳米线阵列，通过湿法刻蚀或干法刻蚀在N型硅片的表面制备硅纳米线阵列，所述硅纳米线阵列中的单个硅纳米线的长度为1微米，所述硅纳米线的直径为200纳米，相邻硅纳米线的间距为300纳米；
3)对所述步骤2得到的N型硅片进行甲基化处理，具体步骤为：首先将步骤(2)得到的N型硅片浸入饱和五氯化磷的氯苯溶液中，在120℃下浸泡1小时，接着将该N型硅片从该饱和五氯化磷的氯苯溶液中取出，然后将该N型硅片放置于1mol/L甲基氯化镁的四氢呋喃溶液中，在85℃下浸泡6小时，以在所述N型硅片的表面形成Si-CH3键，以钝化所述N型硅片；
4)接着在所述N型硅片的上表面旋涂含有乙基乙酰乙酸二异丙醇铝和异丙醇锆的有机溶液，并进行热处理，进一步钝化所述N型硅片的上表面，其中，所述含有乙基乙酰乙酸二异丙醇铝和异丙醇锆的有机溶液中所述乙基乙酰乙酸二异丙醇铝的浓度为0.8mg/ml，所述异丙醇锆的浓度为0.4mg/ml，旋涂的转速为4000转/分钟，旋涂的时间为3分钟，所述热处理的温度200℃，所述热处理的时间为30分钟；
5)P3HT/酞菁铜复合层的制备：在所述步骤4得到的N型硅片的正面依次旋涂P3HT溶液、热蒸发酞菁铜、旋涂P3HT溶液、热蒸发酞菁铜、旋涂P3HT溶液，接着进行第一次退火处理，以形成所述P3HT/酞菁铜复合层，其中，所述P3HT溶液的浓度1mg/ml，每次旋涂所述P3HT溶液的转速均为2000转/分钟，每次旋涂所述P3HT溶液的时间均为2分钟，每次热蒸发酞菁铜的速率均为2埃米/秒，每次热蒸发酞菁铜的时间均为5秒，所述第一次退火处理的退火温度为130℃，所述第一次退火处理的退火时间为25分钟；
6)PEDOT:PSS层的制备：在PEDOT:PSS水溶液中添加一定量的氯化镁，以形成PEDOT:PSS混合溶液，在所述步骤5得到的N型硅片的正面旋涂所述PEDOT:PSS混合溶液，并进行第二次退火处理，以形成所述PEDOT:PSS改性层，其中，PEDOT:PSS混合溶液中的氯化镁的浓度为0.05mg/ml，旋涂所述PEDOT:PSS混合溶液的转速为2000转/分钟，旋涂所述PEDOT:PSS混合溶液的时间为4分钟，所述第二次退火处理的退火温度为110℃，所述第二次退火处理的退火时间为30分钟；
7)在所述步骤6得到的N型硅片的背面利用原子层沉积法制备一氧化铝薄层，其中，沉积氧化铝的速率均为2埃米/周期，沉积的周期数为4；
8)正面栅电极的制备，通过热蒸镀金属银形成所述正面栅电极，所述正面栅电极的厚度为200纳米；
9)背面电极的制备，通过热蒸镀金属铝形成所述背面电极，所述背面电极的厚度为300纳米。
上述方法制备的基于硅纳米线阵列的太阳能电池的开路电压为0.6V，短路电流为32.3mA/cm2，填充因子为0.71，光电转换效率为13.76％。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。