一种具有多层有机薄膜的太阳能电池及其制备方法与流程

本发明涉及太阳能电池技术领域，特别是涉及一种具有多层有机薄膜的太阳能电池及其制备方法。

背景技术：

随着石油、煤炭等矿物资源的日益枯竭，导致相应价格的大幅度上涨，进而阻碍科技的发展与进步。太阳能由于其取之不尽、用之不竭、地域性限制小、绿色清洁、安全无污染等优点越来越受到人们的重视。基于光生伏特效应将太阳能转换为电能的太阳能电池是利用太阳能的主要途径之一。然而，目前商品化的太阳能电池基本上采用晶体硅或无机化合物半导体作为活性层材料，制备工艺复杂、成本高。另一方面，以有机半导体材料作为活性层的太阳能电池虽然具有材料便宜、可溶液化制备、退火温度低、可大面积柔性制作等优点，但同时也存在着载流子迁移率低、光吸收范围窄等缺陷，进而限制了有机太阳能电池的光电转换效率。有机无机杂化太阳能电池综合了无机材料的高迁移率和有机材料的可溶液化制备等优势，理论上可以获得高效率、低成本的太阳能电池，进而引起了人们的广泛关注。

技术实现要素：

本发明的目的是克服上述现有技术的不足，提供一种具有多层有机薄膜的太阳能电池及其制备方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种具有多层有机薄膜的太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：

1)提供一n型硅片，所述n型硅片的上表面为抛光面，在所述n型硅片的上表面形成多个平行排列且间隔设置的第一凹槽，所述第一凹槽的截面为等腰三角形，相邻所述第一凹槽之间均形成一第一凸块，所述第一凸块的界面为等腰梯形；

2)接着对所述n型硅片的上表面的多个所述第一凹槽以及多个所述第一凸块进行研磨处理，使得所述第一凹槽的底角为第一弧形角，所述第一弧形角的曲率半径为60-80微米，并使得所述第一凸块的顶部的两个角均为第二弧形角，所述第二弧形角的曲率半径为25-50微米；

3)接着在所述n型硅片的上表面和下表面均喷涂含有乙醇钽的溶液，并进行第一次退火处理，以在所述n型硅片的上表面和下表面均形成氧化钽层；

4)接着在所述n型硅片的上表面旋涂含有p3ht的第一氯苯溶液，所述第一氯苯溶液中所述p3ht的浓度为0.5-1mg/ml，然后进行第二次退火处理；

5)接着在所述n型硅片的上表面旋涂含有p3ht和银纳米颗粒的第二氯苯溶液，所述第二氯苯溶液中所述p3ht的浓度为0.8-1.2mg/ml，所述银纳米颗粒的浓度为0.1-0.15mg/ml，然后进行第三次退火处理；

6)接着在所述n型硅片的上表面旋涂含有p3ht和银纳米颗粒的第三氯苯溶液，所述第三氯苯溶液中所述p3ht的浓度为0.6-0.9mg/ml，所述银纳米颗粒的浓度为0.15-0.2mg/ml，然后进行第四次退火处理；

7)接着在所述n型硅片的上表面旋涂含有p3ht和银纳米颗粒的第四氯苯溶液，所述第四氯苯溶液中所述p3ht的浓度为0.3-0.5mg/ml，所述银纳米颗粒的浓度为0.2-0.25mg/ml，然后进行第五次退火处理；

8)接着在所述n型硅片的上表面旋涂含有银纳米线的第一pedot:pss溶液，所述银纳米线的浓度为0.2-0.3mg/ml，然后进行第六次退火处理；

9)接着在所述n型硅片的上表面旋涂含有银纳米线的第二pedot:pss溶液，所述银纳米线的浓度为0.3-0.4mg/ml，然后进行第七次退火处理；

10)接着在所述n型硅片的上表面旋涂含有银纳米线的第一pedot:pss溶液，所述银纳米线的浓度为0.4-0.5mg/ml，然后进行第八次退火处理；

11)接着在所述n型硅片的上表面旋涂含有银纳米线的第一pedot:pss溶液，所述银纳米线的浓度为0.5-0.6mg/ml，然后进行第九次退火处理；

12)接着在所述n型硅片的上表面制备正面栅电极；

13)接着在所述n型硅片的下表面制备氟化锂层和背面铝电极。

作为优选，在所述步骤(1)中，所述等腰三角形的顶角为60°-90°，所述第一凹槽的深度为120-180微米。

作为优选，在所述步骤(3)中，所述含有乙醇钽的溶液中乙醇钽的浓度为2-4mg/ml，所述第一退火处理的具体工艺为：在450-550℃的温度下退火处理15-25分钟。

作为优选，在所述步骤(4-7)中，旋涂的转速均为3500-5500转/分钟，旋涂的时间均为1-3分钟，所述第二、第三、第四、第五退火处理的温度均为120-150℃，所述第二次退火处理的时间为3-5分钟，所述第三次退火处理的时间为6-9分钟，所述第四次退火处理的时间为9-12分钟，所述第五次退火处理的时间为10-20分钟。

作为优选，在所述步骤(5-7)中，所述银纳米颗粒的粒径为3-6纳米。

作为优选，在所述步骤(8-11)中，所述银纳米线的长度为10-20微米，所述银纳米线的直径为10-25纳米，旋涂的转速均为3000-4000转/分钟，旋涂的时间均为2-4分钟，所述第六、第七、第八、第九退火处理的温度均为110-130℃，所述第六次退火处理的时间为2-4分钟，所述第七次退火处理的时间为3-6分钟，所述第八次退火处理的时间为5-10分钟，所述第九次退火处理的时间为10-15分钟。

作为优选，在所述步骤(12)中，所述正面栅电极的的材质为银、铜或者铝，所述正面栅电极的厚度为200-400纳米；在所述步骤(13)中，所述氟化锂层的厚度为1-2纳米，背面电极的铝，所述背面电极的厚度为200-400纳米。

本发明还提出利用上述方法制备的具有多层有机薄膜的太阳能电池。

本发明与现有技术相比具有下列优点：

本发明的具有多层有机薄膜的太阳能电池的制备过程中，通过在所述n型硅片的上表面设置第一凹槽，并对所述n型硅片的上表面的所述第一凹槽以及所述第一凸块进行研磨处理，使得所述第一沟槽的底角为第一弧形角，并使得所述第一凸块的顶部的两个角均为第二弧形角，并进一步优化第一弧形角和第二弧形角的曲率半径，使得可以在n型硅片表面形成高质量有机薄膜。通过优化p3ht层的形成方式、p3ht层中银纳米颗粒的分布状况以及各步骤中的退火时间，得到一层致密的p3ht层，进而提高p3ht层的成膜性能和电导率，通过优化pedot:pss层的形成方式、pedot:pss层中银纳米线的分布状况以及各步骤中的退火时间，得到一高质量的pedot:pss层，进一步提高相应太阳能电池的短路电流和填充因子。

附图说明

图1为本发明的具有多层有机薄膜的太阳能电池的结构示意图。

具体实施方式

本发明提出一种具有多层有机薄膜的太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：

1)提供一n型硅片，所述n型硅片的上表面为抛光面，在所述n型硅片的上表面形成多个平行排列且间隔设置的第一凹槽，所述第一凹槽的截面为等腰三角形，相邻所述第一凹槽之间均形成一第一凸块，所述第一凸块的界面为等腰梯形；

2)接着对所述n型硅片的上表面的多个所述第一凹槽以及多个所述第一凸块进行研磨处理，使得所述第一凹槽的底角为第一弧形角，所述第一弧形角的曲率半径为60-80微米，并使得所述第一凸块的顶部的两个角均为第二弧形角，所述第二弧形角的曲率半径为25-50微米；

3)接着在所述n型硅片的上表面和下表面均喷涂含有乙醇钽的溶液，并进行第一次退火处理，以在所述n型硅片的上表面和下表面均形成氧化钽层；

4)接着在所述n型硅片的上表面旋涂含有p3ht的第一氯苯溶液，所述第一氯苯溶液中所述p3ht的浓度为0.5-1mg/ml，然后进行第二次退火处理；

5)接着在所述n型硅片的上表面旋涂含有p3ht和银纳米颗粒的第二氯苯溶液，所述第二氯苯溶液中所述p3ht的浓度为0.8-1.2mg/ml，所述银纳米颗粒的浓度为0.1-0.15mg/ml，然后进行第三次退火处理；

6)接着在所述n型硅片的上表面旋涂含有p3ht和银纳米颗粒的第三氯苯溶液，所述第三氯苯溶液中所述p3ht的浓度为0.6-0.9mg/ml，所述银纳米颗粒的浓度为0.15-0.2mg/ml，然后进行第四次退火处理；

7)接着在所述n型硅片的上表面旋涂含有p3ht和银纳米颗粒的第四氯苯溶液，所述第四氯苯溶液中所述p3ht的浓度为0.3-0.5mg/ml，所述银纳米颗粒的浓度为0.2-0.25mg/ml，然后进行第五次退火处理；

8)接着在所述n型硅片的上表面旋涂含有银纳米线的第一pedot:pss溶液，所述银纳米线的浓度为0.2-0.3mg/ml，然后进行第六次退火处理；

9)接着在所述n型硅片的上表面旋涂含有银纳米线的第二pedot:pss溶液，所述银纳米线的浓度为0.3-0.4mg/ml，然后进行第七次退火处理；

10)接着在所述n型硅片的上表面旋涂含有银纳米线的第一pedot:pss溶液，所述银纳米线的浓度为0.4-0.5mg/ml，然后进行第八次退火处理；

11)接着在所述n型硅片的上表面旋涂含有银纳米线的第一pedot:pss溶液，所述银纳米线的浓度为0.5-0.6mg/ml，然后进行第九次退火处理；

12)接着在所述n型硅片的上表面制备正面栅电极；

13)接着在所述n型硅片的下表面制备氟化锂层和背面铝电极。

其中，在所述步骤(1)中，所述等腰三角形的顶角为60°-90°，所述第一凹槽的深度为120-180微米。在所述步骤(3)中，所述含有乙醇钽的溶液中乙醇钽的浓度为2-4mg/ml，所述第一退火处理的具体工艺为：在450-550℃的温度下退火处理15-25分钟。在所述步骤(4-7)中，旋涂的转速均为3500-5500转/分钟，旋涂的时间均为1-3分钟，所述第二、第三、第四、第五退火处理的温度均为120-150℃，所述第二次退火处理的时间为3-5分钟，所述第三次退火处理的时间为6-9分钟，所述第四次退火处理的时间为9-12分钟，所述第五次退火处理的时间为10-20分钟。在所述步骤(5-7)中，所述银纳米颗粒的粒径为3-6纳米。在所述步骤(8-11)中，所述银纳米线的长度为10-20微米，所述银纳米线的直径为10-25纳米，旋涂的转速均为3000-4000转/分钟，旋涂的时间均为2-4分钟，所述第六、第七、第八、第九退火处理的温度均为110-130℃，所述第六次退火处理的时间为2-4分钟，所述第七次退火处理的时间为3-6分钟，所述第八次退火处理的时间为5-10分钟，所述第九次退火处理的时间为10-15分钟。在所述步骤(12)中，所述正面栅电极的的材质为银、铜或者铝，所述正面栅电极的厚度为200-400纳米；在所述步骤(13)中，所述氟化锂层的厚度为1-2纳米，背面电极的铝，所述背面电极的厚度为200-400纳米。

如图1所示，本发明提出一种具有多层有机薄膜的太阳能电池，所述具有多层有机薄膜的太阳能电池从上至下包括正面栅电极1、pedot:pss复合导电层2、p3ht复合层3、n型硅片4、氟化锂层5、背面铝电极6，其中所述n型硅片4的上表面具有第一凹槽41。

实施例1：

一种具有多层有机薄膜的太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：

1)提供一n型硅片，所述n型硅片的上表面为抛光面，在所述n型硅片的上表面形成多个平行排列且间隔设置的第一凹槽，所述第一凹槽的截面为等腰三角形，相邻所述第一凹槽之间均形成一第一凸块，所述第一凸块的界面为等腰梯形；

2)接着对所述n型硅片的上表面的多个所述第一凹槽以及多个所述第一凸块进行研磨处理，使得所述第一凹槽的底角为第一弧形角，所述第一弧形角的曲率半径为70微米，并使得所述第一凸块的顶部的两个角均为第二弧形角，所述第二弧形角的曲率半径为40微米；

3)接着在所述n型硅片的上表面和下表面均喷涂含有乙醇钽的溶液，并进行第一次退火处理，以在所述n型硅片的上表面和下表面均形成氧化钽层；

4)接着在所述n型硅片的上表面旋涂含有p3ht的第一氯苯溶液，所述第一氯苯溶液中所述p3ht的浓度为0.75mg/ml，然后进行第二次退火处理；

5)接着在所述n型硅片的上表面旋涂含有p3ht和银纳米颗粒的第二氯苯溶液，所述第二氯苯溶液中所述p3ht的浓度为1mg/ml，所述银纳米颗粒的浓度为0.12mg/ml，然后进行第三次退火处理；

6)接着在所述n型硅片的上表面旋涂含有p3ht和银纳米颗粒的第三氯苯溶液，所述第三氯苯溶液中所述p3ht的浓度为0.8mg/ml，所述银纳米颗粒的浓度为0.18mg/ml，然后进行第四次退火处理；

7)接着在所述n型硅片的上表面旋涂含有p3ht和银纳米颗粒的第四氯苯溶液，所述第四氯苯溶液中所述p3ht的浓度为0.4mg/ml，所述银纳米颗粒的浓度为0.2mg/ml，然后进行第五次退火处理；

8)接着在所述n型硅片的上表面旋涂含有银纳米线的第一pedot:pss溶液，所述银纳米线的浓度为0.25mg/ml，然后进行第六次退火处理；

9)接着在所述n型硅片的上表面旋涂含有银纳米线的第二pedot:pss溶液，所述银纳米线的浓度为0.35mg/ml，然后进行第七次退火处理；

10)接着在所述n型硅片的上表面旋涂含有银纳米线的第一pedot:pss溶液，所述银纳米线的浓度为0.45mg/ml，然后进行第八次退火处理；

11)接着在所述n型硅片的上表面旋涂含有银纳米线的第一pedot:pss溶液，所述银纳米线的浓度为0.55mg/ml，然后进行第九次退火处理；

12)接着在所述n型硅片的上表面制备正面栅电极；

13)接着在所述n型硅片的下表面制备氟化锂层和背面铝电极。

其中，在所述步骤(1)中，所述等腰三角形的顶角为80°，所述第一凹槽的深度为150微米。在所述步骤(3)中，所述含有乙醇钽的溶液中乙醇钽的浓度为3mg/ml，所述第一退火处理的具体工艺为：在500℃的温度下退火处理20分钟。在所述步骤(4-7)中，旋涂的转速均为4500转/分钟，旋涂的时间均为2分钟，所述第二、第三、第四、第五退火处理的温度均为140℃，所述第二次退火处理的时间为4分钟，所述第三次退火处理的时间为8分钟，所述第四次退火处理的时间为10分钟，所述第五次退火处理的时间为15分钟。在所述步骤(5-7)中，所述银纳米颗粒的粒径为4纳米。在所述步骤(8-11)中，所述银纳米线的长度为15微米，所述银纳米线的直径为20纳米，旋涂的转速均为3500转/分钟，旋涂的时间均为3分钟，所述第六、第七、第八、第九退火处理的温度均为120℃，所述第六次退火处理的时间为3分钟，所述第七次退火处理的时间为5分钟，所述第八次退火处理的时间为7分钟，所述第九次退火处理的时间为12分钟。在所述步骤(12)中，所述正面栅电极的的材质为银，所述正面栅电极的厚度为300纳米；在所述步骤(13)中，所述氟化锂层的厚度为1.5纳米，背面电极的铝，所述背面电极的厚度为300纳米。

上述方法制备的具有多层有机薄膜的太阳能电池的光电转换效率为16.2％。

实施例2

一种具有多层有机薄膜的太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：

1)提供一n型硅片，所述n型硅片的上表面为抛光面，在所述n型硅片的上表面形成多个平行排列且间隔设置的第一凹槽，所述第一凹槽的截面为等腰三角形，相邻所述第一凹槽之间均形成一第一凸块，所述第一凸块的界面为等腰梯形；

2)接着对所述n型硅片的上表面的多个所述第一凹槽以及多个所述第一凸块进行研磨处理，使得所述第一凹槽的底角为第一弧形角，所述第一弧形角的曲率半径为60微米，并使得所述第一凸块的顶部的两个角均为第二弧形角，所述第二弧形角的曲率半径为25微米；

3)接着在所述n型硅片的上表面和下表面均喷涂含有乙醇钽的溶液，并进行第一次退火处理，以在所述n型硅片的上表面和下表面均形成氧化钽层；

4)接着在所述n型硅片的上表面旋涂含有p3ht的第一氯苯溶液，所述第一氯苯溶液中所述p3ht的浓度为0.5mg/ml，然后进行第二次退火处理；

5)接着在所述n型硅片的上表面旋涂含有p3ht和银纳米颗粒的第二氯苯溶液，所述第二氯苯溶液中所述p3ht的浓度为0.8mg/ml，所述银纳米颗粒的浓度为0.1mg/ml，然后进行第三次退火处理；

6)接着在所述n型硅片的上表面旋涂含有p3ht和银纳米颗粒的第三氯苯溶液，所述第三氯苯溶液中所述p3ht的浓度为0.6mg/ml，所述银纳米颗粒的浓度为0.15mg/ml，然后进行第四次退火处理；

7)接着在所述n型硅片的上表面旋涂含有p3ht和银纳米颗粒的第四氯苯溶液，所述第四氯苯溶液中所述p3ht的浓度为0.5mg/ml，所述银纳米颗粒的浓度为0.25mg/ml，然后进行第五次退火处理；

8)接着在所述n型硅片的上表面旋涂含有银纳米线的第一pedot:pss溶液，所述银纳米线的浓度为0.2mg/ml，然后进行第六次退火处理；

9)接着在所述n型硅片的上表面旋涂含有银纳米线的第二pedot:pss溶液，所述银纳米线的浓度为0.3mg/ml，然后进行第七次退火处理；

10)接着在所述n型硅片的上表面旋涂含有银纳米线的第一pedot:pss溶液，所述银纳米线的浓度为0.4mg/ml，然后进行第八次退火处理；

11)接着在所述n型硅片的上表面旋涂含有银纳米线的第一pedot:pss溶液，所述银纳米线的浓度为0.5mg/ml，然后进行第九次退火处理；

12)接着在所述n型硅片的上表面制备正面栅电极；

13)接着在所述n型硅片的下表面制备氟化锂层和背面铝电极。

其中，在所述步骤(1)中，所述等腰三角形的顶角为90°，所述第一凹槽的深度为120微米。在所述步骤(3)中，所述含有乙醇钽的溶液中乙醇钽的浓度为2mg/ml，所述第一退火处理的具体工艺为：在450℃的温度下退火处理25分钟。在所述步骤(4-7)中，旋涂的转速均为3500转/分钟，旋涂的时间均为3分钟，所述第二、第三、第四、第五退火处理的温度均为150℃，所述第二次退火处理的时间为3分钟，所述第三次退火处理的时间为6分钟，所述第四次退火处理的时间为9分钟，所述第五次退火处理的时间为12分钟。在所述步骤(5-7)中，所述银纳米颗粒的粒径为3纳米。在所述步骤(8-11)中，所述银纳米线的长度为20微米，所述银纳米线的直径为25纳米，旋涂的转速均为3000转/分钟，旋涂的时间均为4分钟，所述第六、第七、第八、第九退火处理的温度均为110℃，所述第六次退火处理的时间为4分钟，所述第七次退火处理的时间为6分钟，所述第八次退火处理的时间为10分钟，所述第九次退火处理的时间为15分钟。在所述步骤(12)中，所述正面栅电极的的材质为铜，所述正面栅电极的厚度为400纳米；在所述步骤(13)中，所述氟化锂层的厚度为2纳米，背面电极的铝，所述背面电极的厚度为400纳米。

上述方法制备的具有多层有机薄膜的太阳能电池的光电转换效率为15.4％。

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。