五价金属元素掺杂氧化钼薄膜的制备方法及硅异质结太阳电池

1.本发明属于太阳能电池领域，具体涉及五价金属元素掺杂氧化钼薄膜的制备方法硅异质结太阳电池，属于太阳能电池领域。


背景技术：

2.科学技术的进步使得人类改造和利用自然的能力空前进步，尤其是在过去的几十年，生产力得到了巨大的提高。人类对自然资源的利用和能源的消耗也随之迅速增加，伴随而来的是全球不断加剧的环境问题和能源短缺问题。为了解决这两大问题，光电行业发展非常迅速。
3.其中，以硅片为基底的光电器件占据了主要市场份额。在硅太阳电池中，钝化一直是设计和优化的重中之重，硅太阳电池的结构进化、效率发展史也是电池钝化技术的发展史，从电池无钝化到局域钝化到全钝化结构的变化，电池的效率从最初的6％提升至26.6％，可见降低载流子复合和提升表面钝化对于电池技术发展、效率提升的重要性。
4.目前，针对表面复合的抑制，主要通过化学钝化和场钝化两种方式。化学钝化可以降低半导体表面的缺陷浓度，如本征非晶硅(i-a-si:h)(cho j,melskens j,payo m r,et al.acs applied energy materials,2019,2(2):1393-1404.)、sio2(zhuang y f,zhong s h,liang x j,et al.solar energy materials and solar cells,2019,193:379-386.)、tio2(suh d.thin solidfilms,2019,669:60-64.)等。针对场钝化，主要是通过扩大表界面电子、空穴载流子浓度的极大差值，来降低其复合速率。一种方式是通过界面产生固定电荷的方式，如带正电荷的sin
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或带负电荷的al2o3(hsu c h,huang c w,cho y s,et al.surface and coatings technology,2019,358:968-975.)。另一种方式是通过能带匹配来控制界面载流子浓度。
5.最近，一种非对称无掺杂接触的硅异质结结构被认为可以替代硅太阳电池的掺杂层。从能带匹配的角度，过渡金属氧化物(moo3、wo3、v2o5、cro3)具有高功函数，可以尝试作为空穴传输层(htl)材料。它们的制备工艺简单，比如低温沉积或基于溶液法，在低成本和工艺简化上提供了巨大的潜力。seo课题组将moo
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应用于背置电池结构中，没有叠加界面钝化层，电池效率达到了12.8％(um h d,kimn,lee k,et al.nano letters,2016,16(2):981-987.)。加州大学伯克利分校的ali javey课题组将热蒸镀moo
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应用于晶硅太阳电池，结合背钝化，voc为580mv，效率达到14.3％(battaglia c,de nicolas s m,de wolfs,et al.appliedphysics letters,2014,104(11):113902.)。尽管如此，由于容易产生氧空位，通常得到的moo3是化学非计量比的，该薄膜中有mo
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，甚至mo
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的生成，降低了它的功函数，从而对电池的ff和voc等产生影响(mews m,lemaire a,korte l.ieee journal ofphotovoltaics,2017,7(5):1209-1215.)，导致电池效率的下降。


技术实现要素：

6.本发明提出一种五价金属元素掺杂氧化钼薄膜的制备方法及硅异质结太阳电池。目的是减少氧化钼中的氧空位，得到接近计量比的氧化钼薄膜。
7.一种五价金属元素掺杂氧化钼薄膜的制备方法，包括以下几个步骤：
8.一、将钼粉溶解于无水乙醇中，然后滴入过氧化氢，搅拌至溶液呈蓝色，得到氧化钼溶液；
9.二、称取五氧化二钒粉末、五氯化铌粉末或五氯化钽粉末，溶解于适量无水乙醇，搅拌至溶液澄清；
10.三、取一定量的氧化钼溶液，按照一定摩尔比向其中滴入五氧化二钒溶液、五氯化铌溶液或五氯化钽溶液，超声至溶液澄清；
11.四、将步骤三中的氧化钼溶液滴加到硅片表面，然后将硅片转移到匀胶机上旋涂，旋涂结束后将硅片转移到加热台退火处理，即可得到均匀致密的五价金属元素掺杂的氧化钼薄膜。
12.其中，所述步骤三中五氧化二钒、五氯化铌或五氯化钽与氧化钼的摩尔比为0.01-0.20：1。
13.其中，所述步骤四中，旋涂速度为500-8000rpm，旋涂时间为10-60s。
14.其中，步骤四中加热台退火处理的温度为60-200℃，加热台退火处理的时间为5-20min。
15.本发明还包括第二种技术方案，一种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、空穴传输层和银电极，所述空穴传输层由上述的制备方法制备而得的五价金属元素掺杂的氧化钼薄膜。
16.硅异质结太阳能电池的制备包括以下步骤：
17.一、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；
18.二、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；
19.三、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；
20.四、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；
21.五、将硅片置于匀胶机上，在背表面旋涂五价金属元素掺杂的氧化钼薄膜，旋涂速度为500-8000rpm，旋涂时间为10-60s；
22.六、将步骤五中的硅片转移到加热台，加热温度为60-200℃，加热时间为5-20min。
23.七、将硅片放入热蒸发腔体，在背表面沉积100nm银电极。
24.有益效果：
25.1、本发明制备的五价金属元素掺杂氧化钼的方法为溶液法，取材方便，工艺参数可控，获得氧化钼薄膜平整，成本低。
26.2、本发明制备的五价金属元素掺杂氧化钼薄膜，通过引入五价金属离子(钒、铌、钽)，抑制了五价钼离子的生成，可以有效减少氧化钼中的氧空位，使得制备的氧化钼接近
计量比。
27.3、本发明制备的以氧化钼薄膜作为空穴传输层的硅异质结太阳能电池，工艺简单，效率高。
附图说明
28.图1是硅异质结太阳能电池结构示意图；
29.图2是实施例1中在玻璃上制备的五价金属元素铌掺杂氧化钼薄膜的带隙图；
30.图3是实施例2中钽掺杂氧化钼薄膜在n型抛光硅片上的有效少子寿命图；
31.图4是实施例2中在硅片上制备的钽掺杂氧化钼薄膜的x射线能谱图；
32.图5是实施例3中以钒掺杂氧化钼(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
33.实施例1
34.根据本技术所述五价金属元素掺杂氧化钼薄膜的制备方法，选用玻璃片作为衬底。五价金属元素掺杂氧化钼薄膜指的是钒、铌或钽掺杂的氧化钼薄膜。
35.五价金属元素掺杂氧化钼薄膜的制备方法，包括：称取0.1g钼粉溶于10ml乙醇，加入350μl过氧化氢搅拌溶液至蓝色；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氧化钼溶液，按摩尔比铌/钼＝0.03添加五氯化铌溶液，得到铌掺杂氧化钼溶液；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10s；旋涂结束后，样品放在加热台上60℃加热15min，得到铌掺杂氧化钼薄膜，即本技术实施例中五价金属元素掺杂氧化钼薄膜为铌掺杂氧化钼薄膜。测得该实施例制备的铌掺杂氧化钼薄膜的带隙如附图2所示，禁带宽度从3.28ev增加至3.47ev，表明减少了薄膜的缺陷，即氧空位。
36.实施例2
37.根据本技术所述五价金属元素掺杂氧化钼薄膜的制备方法，选用硅片作为衬底。五价金属元素掺杂氧化钼薄膜的制备方法，包括：称取0.1g钼粉溶于10ml乙醇，加入350μl过氧化氢搅拌溶液至蓝色；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氧化钼溶液，按摩尔比钽/钼＝0.10添加五氯化钽溶液，得到钽掺杂氧化钼溶液；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6000rpm和40s；旋涂结束后，样品放在加热台上200℃加热5min，得到钽掺杂氧化钼薄膜，即本技术实施例中五价金属元素掺杂氧化钼薄膜为钽掺杂氧化钼薄膜。测得该实施例制备的钽掺杂氧化钼薄膜的硅片少子寿命图如附图3所示，寿命从60μs提升至120μs，有效提升了硅片的表面钝化。图4是在硅片上制备的钽掺杂氧化钼薄膜的x射线能谱图，参比样氧化钼薄膜中有较多的mo
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生成，而钽掺杂氧化钼薄膜有效降低了mo
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生成，即抑制了氧空位的产生。
38.实施例3
39.本发明制备的氧化钼薄膜可作为空穴选择传输层用于硅异质结太阳电池。一个包含氧化钼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0.1g钼粉溶于10ml乙醇，加入350μl过氧化氢搅拌溶液至蓝色；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氧化钼溶液，按摩尔比钒/钼＝0.20添加五氯化钒溶液，得到钒掺杂氧化钼溶液；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钼薄膜，设置好旋涂速度和旋涂时间分别为8000rpm和60s；旋涂结束后，样品放在加热台上100℃加热10min。最后放入热蒸发设备沉积100nmag电极，电池结构如图1所示。测得该实施例制备的硅异质结太阳能电池的光照i-v曲线如附图5所示，电池效率从14.2％提升至16.5％。
40.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。