钒、铌或钽掺杂氧化钨薄膜的制备方法及应用

1.本发明属于太阳能电池领域，具体涉及钒、铌或钽掺杂氧化钨薄膜的制备方法及应用。


背景技术：

2.以硅片为基底的硅太阳能电池，钝化技术的发展进步使得电池效率进一步提升。从电池无钝化到局域钝化再到全钝化结构，电池的效率从最初的6％提升至26.6％，降低载流子复合和提升表面钝化对于电池技术发展、效率提升至关重要。目前，主要通过化学钝化和场钝化来降低表面载流子的复合。化学钝化是通过减少半导体表面的缺陷浓度来降低其复合速率。场钝化是通过拉大表界面电子、空穴载流子浓度的极大差值，来降低其复合速率。主要通过界面产生固定电荷的方式；以及通过能带匹配来控制界面载流子浓度来实现钝化。
3.高功函数过渡族金属氧化物(moo3、wo3、vo3)，可以与硅形成良好的接触钝化。主要的机理是它们与硅形成能带弯曲，保证一种载流子通过，而阻挡另一种载流子。其中，通常得到的wo3是化学非计量的，导致其功函数下降，从而影响载流子的选择性传输和电池器件效率的下降。


技术实现要素：

4.本发明提出了钒、铌或钽掺杂氧化钨薄膜的制备方法及应用。目的是减少氧化钨中的氧空位，得到接近计量比的氧化钨薄膜。
5.一种五价金属元素(钒、铌、钽)掺杂氧化钨薄膜的制备方法，一种钒、铌或钽掺杂氧化钨薄膜的制备方法，包括以下步骤：
6.一、称取六氯化钨粉末，溶解于正丙醇，搅拌至溶液呈蓝色，获得六氯化钨溶液；
7.二、称取五氧化二钒粉末、五氯化铌粉末或五氯化钽粉末，溶解于无水乙醇，搅拌30min至溶液澄清；
8.三、向六氯化钨溶液中滴入五氧化二钒溶液、五氯化铌溶液或五氯化钽溶液，超声30min，获得含混合六氯化钨的混合溶液；
9.四、将步骤三中的含混合六氯化钨的混合溶液均匀滴加到衬底表面，然后将衬底转移到匀胶机上旋涂，旋涂结束后将衬底转移到加热台低温退火，即可得到钒、铌或钽掺杂氧化钨薄膜。
10.其中，衬底为玻璃或硅。
11.其中，步骤三中五氧化二钒、五氯化铌或五氯化钽与六氯化钨的摩尔比为0.01-0.20：1。
12.其中，所述步骤四中，旋涂的速度为500-9000rpm，旋涂的时间为10-60s。
13.其中，所述步骤四中，中低温温度为80-200℃，低温退火的时间为5-20min。
14.本发明还包括第二种技术方案，一种以上述制备方法制备的钒、铌或钽掺杂氧化
钨薄膜作为空穴传输层应用于硅异质结太阳能电池，所述硅异质结太阳能电池从上至下依次包括银电极栅线、氮化硅钝化层、n型发射极、p型单晶硅衬底、钒、铌或钽掺杂氧化钨薄膜空穴传输层和银电极。
15.以钒、铌或钽掺杂氧化钨薄膜作为空穴传输层的硅异质结太阳能电池的制备包括以下步骤：
16.一、采用化学腐蚀法，在p型《100》cz硅片表面制绒处理；rca清洗后，将硅片浸泡在氢氟酸中1min去除表面氧化层；
17.二、将步骤一中的硅片放在管式炉中，以三氯氧磷(pocl3)为前驱体扩散到硅前表面以形成n

发射极；
18.三、将步骤二中的硅片置于等离子体增强化学气相沉积(pecvd)腔体中，在前表面沉积80nm氮化硅作减反射层；
19.四、将步骤三中的硅片置于热蒸发腔体中，在前表面制备100nm银栅电极；
20.五、将硅片置于匀胶机上，在背表面旋涂氧化钨薄膜，旋涂速度为500-9000rpm，旋涂时间为10-60s；
21.六、将步骤五中的硅片转移到加热台，加热温度为80-200℃，加热时间为5-20min。
22.七、将硅片放入热蒸发腔体，在背表面沉积100nm银电极。
23.有益效果：
24.1、本发明钒、铌或钽掺杂氧化钨的制备方法为溶液法，取材方便，工艺可以调控，成本低，可以大规模生产。
25.2、本发明钒、铌或钽掺杂氧化钨的制备方法，通过引入五价金属离子钒、铌或钽，抑制了五价钨离子的生成，有效减少了氧化钨中的氧空位，使得获得钒、铌或钽掺杂氧化钨的氧化钨近化学计量比。
26.3、本发明制备的钒、铌或钽掺杂氧化钨作为空穴传输层应用于硅异质结太阳能电池，使得硅异质结太阳能电池工艺简单，有效提高硅异质结太阳能电池的效率。
附图说明
27.图1是以铌掺杂氧化钨薄膜作为空穴传输层的硅异质结太阳能电池结构示意图；
28.图2是实施例1中在抛光硅片上制备的铌掺杂氧化钨薄膜的寿命图；
29.图3是实施例2中在玻璃片上制备的钽掺杂氧化钨薄膜的电子自旋共振谱；
30.图4是实施例3中以钒掺杂氧化钨(15nm)作为空穴传输层的硅异质结太阳能电池的光照下i-v曲线。
具体实施方式
31.实施例1
32.根据本发明的钒、铌或钽掺杂氧化钨薄膜的制备方法，选用玻璃片作为衬底。钒、铌或钽掺杂氧化钨薄膜的制备方法，包括：称取0.5g钨粉溶于10ml正丙醇，搅拌30min至溶液变为蓝色；称取0.2g五氯化铌粉末溶于10ml乙醇，搅拌30min至溶液澄清；取2ml氧化钨溶液，按摩尔比铌/钨＝0.03添加五氯化铌溶液，得到铌掺杂氧化钨溶液；清洗玻璃片后，进行紫外臭氧处理，置于匀胶机上，设置好旋涂速度和旋涂时间分别为4000rpm和60s；旋涂结束
后，样品放在加热台上100℃加热15min，获得铌掺杂氧化钨薄膜。测得该实施例制备的铌掺杂氧化钨薄膜的寿命如附图2所示，载流子寿命从65μs提升至87μs，有效提升了硅表面的钝化。
33.实施例2
34.根据本发明的钒、铌或钽掺杂氧化钨薄膜的制备方法，选用硅片作为衬底。钒、铌或钽掺杂氧化钨薄膜的制备方法，包括：称取0.5g钨粉溶于10ml正丙醇，搅拌30min至溶液变为蓝色；称取0.2g五氯化钽粉末溶于10ml乙醇，搅拌30min至溶液澄清；取2ml氧化钨溶液，按摩尔比钽/钨＝0.20添加五氯化铌溶液，得到钽掺杂氧化钨溶液；清洗硅片后，进行制绒处理后，置于匀胶机上，设置好旋涂速度和旋涂时间分别为9000rpm和10s；旋涂结束后，样品放在加热台上200℃加热10min，获得钽掺杂氧化钨薄膜。测得该实施例制备的钽掺杂氧化钨薄膜的电子自旋共振谱如图3所示，降低了薄膜中氧空位的浓度。
35.实施例3
36.本发明制备的钒掺杂氧化钨薄膜可作为空穴选择传输层用于硅异质结太阳电池。一个包含钒掺杂氧化钨空穴选择传输层的硅异质结太阳电池的制备，步骤如下：称取0.5g钨粉溶于10ml正丙醇，搅拌30min至溶液变为蓝色；称取0.2g五氯化铌粉末溶于10ml乙醇，搅拌30min至溶液澄清；称取0.2g五氧化二钒粉末溶于10ml乙醇，搅拌30min至溶液澄清；取2ml氧化钨溶液，按摩尔比钒/钨＝0.05添加五氯化钒溶液，得到钒掺杂氧化钨溶液；清洗硅片后，进行制绒处理后，放入管式炉以pocl3为前驱体扩散到硅片表面形成n 发射机，接着通过pecvd沉积80nm氮化硅，然后放入热蒸发设备沉积100nmag栅电极，再将硅片置于匀胶机上，在背面旋涂钒掺杂氧化钨薄膜，设置好旋涂速度和旋涂时间分别为6000rpm和30s；旋涂结束后，样品放在加热台上150℃加热10min。最后放入热蒸发设备沉积100nmag电极。测得该实施例制备的硅异质结太阳能电池的光照下的i-v曲线如附图4所示，转换效率从14.5％提升至16.8％。
37.本发明实施例的硅异质结太阳能电池如图1所示，包括上至下依次包括银电极栅线1、氮化硅钝化层2、n型发射极3、p型单晶硅衬底4、钒、铌或钽掺杂氧化钨薄膜空穴传输层5和银电极6。
38.实施例4
39.根据本发明的钒、铌或钽掺杂氧化钨薄膜的制备方法，选用硅片作为衬底。钒、铌或钽掺杂氧化钨薄膜的制备方法，包括：称取0.5g钨粉溶于10ml正丙醇，搅拌30min至溶液变为蓝色；称取0.2g五氯化钽粉末溶于10ml乙醇，搅拌30min至溶液澄清；取2ml氧化钨溶液，按摩尔比钽/钨＝0.01添加五氯化铌溶液，得到钽掺杂氧化钨溶液；清洗硅片后，进行制绒处理后，置于匀胶机上，设置好旋涂速度和旋涂时间分别为500rpm和60s；旋涂结束后，样品放在加热台上80℃加热20min，获得钽掺杂氧化钨薄膜。
40.实施例5
41.根据本发明的钒、铌或钽掺杂氧化钨薄膜的制备方法，选用硅片作为衬底。钒、铌或钽掺杂氧化钨薄膜的制备方法，包括：称取0.5g钨粉溶于10ml正丙醇，搅拌30min至溶液变为蓝色；称取0.2g五氯化钽粉末溶于10ml乙醇，搅拌30min至溶液澄清；取2ml氧化钨溶液，按摩尔比钽/钨＝0.01添加五氯化铌溶液，得到钽掺杂氧化钨溶液；清洗硅片后，进行制绒处理后，置于匀胶机上，设置好旋涂速度和旋涂时间分别为9000rpm和60s；旋涂结束后，
样品放在加热台上200℃加热5min，获得钽掺杂氧化钨薄膜。