一种过渡金属氧化物-硅异质结太阳能电池及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于太阳能电池制备技术领域，具体涉及一种过渡金属氧化物-硅异质结太阳能电池及其制备方法。
【背景技术】
[0002]第一代单晶硅太阳能电池由于其相对其它太阳能电池具有更高的转换效率和稳定性而被广泛应用在生活中。但是一方面硅作为一种间接带隙半导体材料，而且吸收系数小，需要大于200微米的硅片才能更好的吸收光。另一面，制造高转换效率的器件必须要求高纯度的硅片。而且，太阳能电池的制造工艺复杂，在制造的过程中，能耗也是非常大的。如何减小这些因素的影响，降低成本成为了人们的关注的焦点。
[0003]为了降低硅太阳能电池的制造成本，人们通过制备硅的三维结构阵列来代替平面硅，比如，金字塔阵列，纳米棒阵列，纳米线阵列，纳米锥阵列等结构来减小光的反射，增强对光的吸收能力来提高效率。例如，公开号为03136182.X的中国发明专利公开了一种大面积p-n结纳米硅线阵列及制备方法，所制备的P-N结纳米硅线阵列具有典型的整流；公开号为103337560A的中国发明专利公开了用于太阳能电池的三维硅纳米结构的制备方法，通过制备新型的硅纳米线一金字塔的三维硅纳米结构来增加硅的比表面积，增强硅表面对太阳光的陷光作用。
[0004]除此之外，将P型的有机聚合物引入太阳能电池作为空穴传输层与N型硅结合成为一种新型的有机-无机杂化太阳能电池。例如，公开号为102263204A的中国发明专利公开了一种有机-无机杂化太阳能电池及其制备方法，利用P型的共扼有机物作为电池的空穴传输层，并与娃纳米线阵列构成三维径向的p-n结杂化结构，提高对光的吸收和节约成本，再结合烷基化处理技术对修饰界面，提高电池的稳定性，转换效率可以做到10%以上。目前该类电池据报道已经达到了 13.8%的转换效率。
[0005]但是由于P型的有机聚合物具有不稳定性，在空气中容易受到水和氧的影响，从而影响器件的稳定性。参考:Liang Z, Su M, Wang H, et al.Characteristic ofsilicon nanowires/PEDOT:PSS heterojunct1n and its effect on the solar cellperformance[J].ACS applied materials&interfaces, 2015, 7(10):5830-5836.
[0006]因此，针对上述存在的问题有必要提出更进一步的解决方案。
【发明内容】
[0007]为了降低硅太阳能电池的制造成本和减小有机物引入造成的稳定性差的问题，本发明的首要目的在于提供一种过渡金属氧化物-硅异质结太阳能电池。
[0008]本发明的另一目的在于提供上述过渡金属氧化物-硅异质结太阳能电池的制备方法。
[0009]为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案:
[0010]一种过渡金属氧化物-硅异质结太阳能电池，包括金属背电极、硅倒金字塔阵列、N型硅基底、硅金字塔阵列、空穴传输层和电池正极；其中，所述的空穴传输层为过渡金属氧化物薄膜；
[0011 ] 所述N型硅基底上表面设有硅金字塔阵列，硅金字塔阵列表面覆盖一层过渡金属氧化物薄膜作为空穴传输层，过渡金属氧化物的表面设有电池正极；所述N型硅基底下表面设有硅倒金字塔阵列，硅倒金字塔阵列表面设有金属背电极，能够与硅表面形成良好的欧姆接触，很好地起到收集电子的作用。
[0012]在优选的技术方案中，所述的金属背电极为铝薄膜，其作用是与N型的硅衬底形成欧姆接触，收集电子并引出电极，作为电池的负极。
[0013]所述的N型硅基底上下表面均设有硅金字塔阵列(即硅金字塔阵列与硅倒金字塔阵列)，所述的硅金字塔阵列采用工艺简单的碱腐蚀的方法得到，其作用是提高硅的比表面积，增强硅的陷光能力，提高光的吸收。
[0014]在优选的技术方案中，所述的N型硅基底上下表面的金字塔阵列(即硅金字塔阵列与硅倒金字塔阵列)中的金字塔表面通过烷基化处理的办法来修饰界面，降低载流子在界面处的复合率，提高转换效率。所述的烷基化处理的方法参考:Bansal，A.;Li，X.;Lauermann, 1.；Lewis, N.S.；Yi, S.1.；ffeinberg, ff., Alkylat1n of Si surfaces using atwo-step halogenat1n/grignard route.Journal of the American Chemical Society1996，118，7225-7226以及公开号为103346260A的中国发明专利；
[0015]在优选的技术方案中，所述的过渡金属氧化物薄膜厚度为10nm，所述的过渡金属氧化物包括三氧化钼、五氧化二钒、三氧化钨、氧化亚铜和氧化镍等中的一种。
[0016]在优选的技术方案中，所述的电池正极选自但不限于:银、金/钯或者钛等金属半透明电极。其位于过渡金属氧化物薄膜之上，其作用是透过太阳光、收集空穴并且引出电极，作为电池的正极。
[0017]上述过渡金属氧化物-硅异质结太阳能电池的制备方法，包括以下步骤:
[0018](I)用RCA标准清洗法对N型晶向为100的娃片进行清洗，去除娃片表面的金属杂质和有机物，制得N型娃基底；
[0019](2)用各向异性腐蚀法对步骤(I)制得的N型硅基底进行处理，得到上表面设有硅金字塔阵列、下表面设有硅倒金字塔阵列的N型硅基底；
[0020](3)用氢氟酸(HF)去除步骤(2)处理后的N型硅基底表面的氧化层；
[0021](4)对步骤(3)处理后的N型硅基底表面进行甲基化处理，得到纯化的硅表面，提高电池的效率；
[0022](5)采用热蒸镀、磁控溅射或原子层沉积等镀膜方法在步骤(4)处理后的N型硅基底的上表面制备一层过渡金属氧化物薄膜；
[0023](6)在步骤(5)处理后的N型硅基底的过渡金属氧化物薄膜上用热蒸镀的方法制备一层10nm的金属半透明薄膜作为电池正极；
[0024](7)在步骤(6)处理后的N型硅基底的下表面用热蒸镀的方法制备一层200nm的铝薄膜作为金属背电极(即为电池的负极)，得到所述过渡金属氧化物-硅异质结太阳能电池。
[0025]上述制备方法中步骤(6)与步骤(7)的顺序可以对换，即可以在N型硅基底的上表面制备一层过渡金属氧化物薄膜后先在N型硅基底的下表面制备金属背电极，然后在N型硅基底的过渡金属氧化物薄膜上制备电池正极；步骤(7)也可以调至步骤(5)前处理，即可以先在N型硅基底的下表面制备金属背电极，然后在N型硅基底的上表面制备一层过渡金属氧化物薄膜，最后在过渡金属氧化物薄膜上制备电池正极。
[0026]步骤(4)所述甲基化的具体步骤如下:将步骤(3)得到的N型硅基底快速转移到手套箱里；在氮气的气氛下，将N型硅基底浸入饱和的五氯化磷的氯苯溶液中，在100°C下反应60分钟，然后用四氢呋喃清洗干净，再将洗干净的硅基底放入lmol/L的甲基氯化镁的四氢呋喃溶液中，在80°C下反应8小时；最后，用丙酮和乙醇清洗干净，得到甲基化处理的N
型硅基底。
[0027]所述的过渡金属氧化物薄膜的厚度优选为10nm。
[0028]与现有技术相比，本发明制得的过渡金属氧化物-硅异质结太阳能电池的主要优点在于:
[0029](I)采用过渡金属氧化物薄膜作为空穴传输层，一方面相对P型的共轭有机物作为空穴传输层，提高了太阳能电池的稳定性，降低了工艺上对封装的要求，从而降低了制造成本，另一方面相对传统的硅太阳能电池，不需要高温磷扩散处理和去扩散层处理等工艺，简化了工艺，大大节约了制造成本。
[0030](2)采用