專利名稱：一種基于多節(jié)納米線徑向pn結(jié)的太陽能電池及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及納米工程和納米材料應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于多節(jié)納米線徑向pn結(jié)的太陽能電池及制備方法。
背景技術(shù)：
太陽能電池作為一種清潔的可再生能源，近年來受到了人們的廣泛關(guān)注。II1-V族半導(dǎo)體材料由于其直接帶隙的特點，具有更高的光電轉(zhuǎn)換效率，比傳統(tǒng)的硅薄膜材料有明顯優(yōu)勢。此外，將不同帶隙的材料串聯(lián)起來形成多節(jié)太陽能電池，可以進(jìn)一步拓展光譜的吸收范圍，達(dá)到極高的轉(zhuǎn)換效率。目前，多節(jié)薄膜材料II1-V族太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)接近 40%[Martin A. Green, et al. , Prog. Photovolt: Res. Appl. 2012; 20:12-20] 然而，由于不同節(jié)材料之間存在晶格失配，多節(jié)結(jié)構(gòu)的晶體質(zhì)量受到很大挑戰(zhàn)。此外，隨著節(jié)數(shù)的增多，器件的制備成本也隨之提高。近年來，半導(dǎo)體納米線以其獨特的結(jié)構(gòu)和優(yōu)越的性能受到了國內(nèi)外的廣泛關(guān)注，基于II1-V族納米線的激光器、·發(fā)光二極管、光電探測器、場效應(yīng)管等已紛紛問世，并展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景[Ruoxue Yan, et al. ,Nature Photonics, Vol. 3,2009 ；Ke Sun, et al.,IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics, Vol. 17,4, 2011]。由于其獨特的一維幾何結(jié)構(gòu)，納米線具有在側(cè)面釋放應(yīng)力的能力，可以方便地沿軸向串接多節(jié)材料，也使其與異質(zhì)襯底(如廉價的Si襯底)的集成成為可能。加之其還具有使用材料較少、對光的吸收率高等諸多優(yōu)點，納米線有望用來制備極低成本、極高效率的新一代太陽能電池。太陽能電池的核心是pn (pin)結(jié)。與薄膜材料不同,基于納米線的pn結(jié)分為軸向pn結(jié)和徑向pn結(jié)兩類。與軸向pn結(jié)相比,徑向pn結(jié)具有吸收面積更大、光的吸收路徑與載流子分離方向正交、載流子收集距離短等諸多優(yōu)點，從而極大地提高了轉(zhuǎn)換效率[BozhiTian et al.，Chem. Soc. Rev.，Vol. 38,2009]。然而，若想進(jìn)一步拓寬光譜吸收范圍而沿納米線徑向生長多層不同材料的pn結(jié)，將會面臨晶格失配帶來的晶體質(zhì)量下降的問題，最終影響器件性能；而現(xiàn)有技術(shù)的的軸向多節(jié)納米線太陽能電池則因其結(jié)構(gòu)缺陷限制了轉(zhuǎn)換效率。因此，現(xiàn)有技術(shù)中的單一結(jié)構(gòu)的納米線軸向多節(jié)太陽能電池、納米線徑向多節(jié)太陽能電池是無法實現(xiàn)器件性能最優(yōu)化的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種基于多節(jié)納米線徑向pn結(jié)的太陽能電池及制備方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中單一結(jié)構(gòu)的納米線軸向多節(jié)太陽能電池、納米線徑向多節(jié)太陽能電池?zé)o法進(jìn)一步提升性能的問題。本發(fā)明提供的一種基于多節(jié)納米線徑向pn結(jié)的太陽能電池，包括徑向pn結(jié)，包括納米線和殼層，殼層位于納米線外側(cè)，所述徑向pn結(jié)至少為二個，沿納米線軸向方向排列；位于上一節(jié)的徑向pn結(jié)的材料的帶隙寬度比位于下一節(jié)的徑向pn結(jié)的材料的帶隙寬度大；
重?fù)诫s隧道結(jié)，位于二節(jié)徑向pn結(jié)之間；電介質(zhì)薄膜，包裹于徑向pn結(jié)和重?fù)诫s隧道結(jié)的外側(cè)；襯底，位于所述器件的底層；透明電極，位于所述器件的頂層；背電極，位于襯底的底面。進(jìn)一步,本發(fā)明所述的太陽能電池,所述電介質(zhì)薄膜略高于每一節(jié)的徑向pn結(jié)的納米線的底部，以避免位于上一節(jié)的徑向pn結(jié)的殼層與其下方的重?fù)诫s隧道結(jié)或者襯底相接觸。進(jìn)一步，本發(fā)明所述的太陽能電池，位于最底層的徑向pn結(jié)的材料是IV族單質(zhì)半導(dǎo)體或者II1-V族化合物半導(dǎo)體。進(jìn)一步，本發(fā)明所述的太陽能電池，位于最底層的徑向pn結(jié)的材料是鍺晶體或者銦砷化鎵晶體。

進(jìn)一步，本發(fā)明所述的太陽能電池，位于最底層以上的各節(jié)的徑向pn結(jié)的材料是II1-V族化合物半導(dǎo)體。進(jìn)一步，本發(fā)明所述的太陽能電池，其中，所述隧道結(jié)的材料是II1-V族化合物半導(dǎo)體；所述襯底的材料是砷化鎵晶體或者鍺晶體；所述電介質(zhì)薄膜的材料是二氧化硅或者聚酰亞胺； 所述透明電極的材料是鎳金合金或者銦錫金屬氧化物；所述背電極的材料是鎳金合金或者鉬鈦鉬金合金。進(jìn)一步，本發(fā)明所述的太陽能電池，所述徑向pn結(jié)的數(shù)量是2至4個。進(jìn)一步，本發(fā)明所述的太陽能電池，對于有3個徑向pn結(jié)的太陽能電池，從最底層向最頂層，徑向pn結(jié)的材料依次為鍺、銦砷化鎵、磷化銦鎵；或者依次為銦砷化鎵、銦砷化鎵、磷化銦鎵；或者，對于有4個徑向pn結(jié)的太陽能電池，從最底層向最頂層,徑向pn結(jié)的材料依次為錯、氣神化鋼嫁、鋼神化嫁、憐化鋼嫁；或者依次為銦砷化鎵、銦砷化鎵、砷化招鎵、磷化銦鎵。本發(fā)明提供的一種基于多節(jié)納米線徑向pn結(jié)的太陽能電池的制備方法，包括步驟S100,生長第一節(jié)徑向pn結(jié)；包括步驟SlOl，在η型或者ρ型襯底上沉積金屬納米顆粒或金屬薄膜，退火后形成納米合金顆粒；步驟S102，以所述納米合金顆粒作為催化物，沿垂直于襯底方向生長η型或者ρ型納米線；步驟S103，結(jié)束所述η型或者ρ型納米線的生長，在其上沉積一層電介質(zhì)薄膜；步驟S104，通過腐蝕工藝，將所述電介質(zhì)薄膜腐蝕至僅剩覆蓋襯底的一層；步驟S105，增高生長溫度，在所述η型或者ρ型納米線的外側(cè)生長P型或者η型徑向pn結(jié)的殼層,形成第一節(jié)徑向pn結(jié)；
步驟S200，生長第二節(jié)的徑向pn結(jié)；包括，步驟S201，降低至合適溫度，在所述徑向pn結(jié)的納米線頂端繼續(xù)生長重?fù)诫s隧道結(jié)；步驟S202，在所述重?fù)诫s隧道結(jié)上繼續(xù)生長η型或者ρ型納米線；步驟S203，結(jié)束所述η型或者ρ型納米線的生長，在其上沉積一層電介質(zhì)薄膜；
步驟S204，通過腐蝕工藝，將所述電介質(zhì)薄膜腐蝕至略高于剛生長的η型或者ρ型納米線的底部；步驟S205，提高生長溫度，在上述η型或者ρ型納米線的外側(cè)生長P型或者η型徑向pn結(jié)的殼層,形成第二節(jié)徑向pn結(jié)；步驟S300，重復(fù)步驟S2，完成后續(xù)各節(jié)徑向pn結(jié)的生長；步驟S400，結(jié)束所述徑向pn結(jié)的生長，在其上鍍一層透明電極，并在襯底的背側(cè)鍍一層電極，即背電極。進(jìn)一步，本發(fā)明所述的太陽能電池的制備方法，所述第一節(jié)徑向pn結(jié)的材料是IV族單質(zhì)半導(dǎo)體或者II1-V族化合物半導(dǎo)體。進(jìn)一步,本發(fā)明所述的太陽能電池的制備方法,所述第一節(jié)徑向pn結(jié)的材料是鍺晶體或者銦砷化鎵晶體。進(jìn)一步，本發(fā)明所述的太陽能電池的制備方法，第二節(jié)及后續(xù)各節(jié)的徑向pn結(jié)的材料是II1-V族化合物半導(dǎo)體。

進(jìn)一步，本發(fā)明所述的太陽能電池的制備方法，其中，所述隧道結(jié)的材料是II1-V族化合物半導(dǎo)體；所述襯底的材料是砷化鎵晶體或者鍺晶體；所述電介質(zhì)薄膜的材料是二氧化硅或者聚酰亞胺；所述透明電極的材料是鎳金合金或者銦錫金屬氧化物；所述背電極的材料是鎳金合金或者鉬鈦鉬金合金。本發(fā)明提供的一種基于多節(jié)納米線徑向pn結(jié)的太陽能電池，利用MOCVD生長方法，以納米合金顆粒作為催化物，通過調(diào)整生長溫度，生長基于不同材料的納米線徑向Pn結(jié)。并利用重?fù)诫s的隧道結(jié)，實現(xiàn)上述徑向pn結(jié)的軸向串聯(lián)。同時，利用SiO2等電介質(zhì)薄膜，使每一節(jié)徑向Pn結(jié)的殼層與其下方的隧道結(jié)或襯底隔開，避免形成附加pn結(jié)而造成干擾，其有益效果在于充分結(jié)合了納米線徑向pn結(jié)高的轉(zhuǎn)化效率和軸向多節(jié)結(jié)構(gòu)寬的吸收光譜的優(yōu)點，由于徑向Pn結(jié)的納米線的光吸收區(qū)面積大，光吸收路徑與光生載流子產(chǎn)生、分離、收集路徑正交，載流子分離距離短，可以有效提高光能量的吸收效率；其次納米線在軸向上容忍位錯能力強(qiáng)，而且可以生長多節(jié)異質(zhì)結(jié)構(gòu)，將多節(jié)徑向pn結(jié)串聯(lián)起來，形成本發(fā)明所述的太陽能電池器件，可以將光吸收頻譜的優(yōu)點結(jié)合起來，進(jìn)一步提高了器件的性能，為實現(xiàn)低成本、高效率的新一代納米線太陽能電池提供了一種新的設(shè)計思路。


圖1是本發(fā)明實施例所述的太陽能電池的整體結(jié)構(gòu)圖；圖2是本發(fā)明實施例所述的太陽能電池的制備方法流程圖3至圖11是本發(fā)明實施例所述的太陽能電池的制備過程圖；圖12是本發(fā)明實施例所述的太陽能電池的材料示意圖。
具體實施例方式為了更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合附圖與具體實施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步描述。圖1是本發(fā)明實施例所述的太陽能電池的整體結(jié)構(gòu)圖，如圖1所示，本發(fā)明實施例提供的一種基于多節(jié)納米線徑向pn結(jié)的太陽能電池，由三節(jié)材料帶隙從下至上依次增大的徑向pn結(jié)和兩節(jié)作為導(dǎo)電介質(zhì)的隧道結(jié)構(gòu)成，包括徑向pn結(jié)1、重?fù)诫s隧道結(jié)4、電介質(zhì)薄膜5、襯底6、透明電極7、背電極8，其中，徑向pn結(jié)I,包括納米線3和殼層2,殼層2位于納米線3的外側(cè),所述徑向pn結(jié)I為三個，沿納米線3的軸向方向排列；位于上一節(jié)的徑向pn結(jié)的材料的帶隙寬度比位于下一節(jié)的徑向pn結(jié)的材料的帶隙寬度大；位于最底層，即第一節(jié)的徑向pn結(jié)的納米線3和殼層2的材料是IV族單質(zhì)半導(dǎo)體或者II1-V族化合物半導(dǎo)體，優(yōu)選的，是鍺(Ge)晶體或者銦砷化鎵(InGaAs)晶體；所謂II1-V族化合物，是元素周期表中III族的B，Al，Ga，In和V族的N，P，As,Sb形成的化合物，主要包括鎵化砷(GaAs)、磷化銦(InP)和氮化鎵等。本發(fā)明實施例中，所述的II1-V族化合物優(yōu)選采用砷化鎵(GaAs)、銦砷化鎵(InGaAs)、磷化銦鎵(InGaP)、砷化鋁鎵(AlGaAs)或者氮砷化銦鎵(InGaNAs)。位于最底層以上，即第二節(jié)及以上各節(jié)的徑向pn結(jié)的納米線3和殼層2的材料是II1-V族化合物半導(dǎo)體 ；優(yōu)選的,對于有3個徑向pn結(jié)的太陽能電池,從最底層向最頂層,各節(jié)的徑向pn結(jié)的材料依次為鍺(Ge)、銦砷化鎵(InGaAs)、磷化銦鎵(InGaP);或者依次為銦砷化鎵(InGaAs )、銦砷化鎵(InGaAs )、磷化銦鎵(InGaP )。優(yōu)選的,對于有4個徑向pn結(jié)的太陽能電池,從最底層向最頂層,各節(jié)的徑向pn結(jié)的材料依次為鍺(Ge)、氮砷化銦鎵(InGaNAs)、銦砷化鎵(InGaAs)、磷化銦鎵(InGaP)；或者依次為銦砷化鎵(InGaAs)、銦砷化鎵(InGaAs)、砷化鋁鎵(AlGaAs)、磷化銦鎵(InGaP)0重?fù)诫s隧道結(jié)4，位于二節(jié)徑向pn結(jié)之間，材料是II1-V族化合物半導(dǎo)體材料；電介質(zhì)薄膜5，包裹于徑向pn結(jié)I和重?fù)诫s隧道結(jié)4的外側(cè)，所述電介質(zhì)薄膜5略高于每一節(jié)的徑向pn結(jié)I的納米線的底部，以避免位于上一節(jié)的徑向pn結(jié)的殼層2與其下方的重?fù)诫s隧道結(jié)4相接觸，并且避免后續(xù)生長的殼層2與其下方的襯底6相接觸；所述電介質(zhì)薄膜的材料是二氧化娃(SiO2)或者聚酰亞胺(polyimide)； 襯底6，位于所述器件的底層，所述襯底6的材料是砷化鎵(GaAs)晶體或者鍺(Ge)晶體；透明電極7，位于所述器件的頂層；所述透明電極7的材料是鎳金合金或者銦錫金屬氧化物(ITO)；背電極8，位于襯底的底面。所述背電極8的材料是鎳金合金或者鉬鈦鉬金合金；本發(fā)明實施例所述的太陽能電池的工作原理每一節(jié)納米線的徑向pn結(jié)構(gòu)成本發(fā)明所述的太陽能電池器件的基本單元，當(dāng)有光子射入且光子能量大于禁帶寬度時，價帶上的電子發(fā)生受激吸收，躍遷到導(dǎo)帶，產(chǎn)生光生“電子-空穴”對。這些“電子-空穴”對在自建電場和外加反偏電場的作用下，電子向η區(qū)漂移，空穴向ρ區(qū)漂移，形成光生電流，從而將光能轉(zhuǎn)化為電能。納米線徑向pn結(jié)具有光吸收區(qū)面積大、載流子分離距離短等優(yōu)點，可以有效提高光的吸收效率和光能電能轉(zhuǎn)化效率。由于各節(jié)納米線pn結(jié)具有不同的帶隙,將三節(jié)pn結(jié)沿軸向串聯(lián)起來可以大大提高太陽光譜的吸收范圍。同時，由于納米線具有側(cè)面釋放應(yīng)力的能力，軸向串聯(lián)可以保證高的晶體質(zhì)量。相鄰節(jié)之間通過重?fù)诫s的隧道結(jié)相連，保證了各節(jié)之間電流的導(dǎo)通。為防止上面一節(jié)pn結(jié)的殼層與下面的隧道結(jié)接觸而形成附加pn結(jié)，用二氧化硅或聚酰亞胺等電介質(zhì)薄膜填充于殼層和重?fù)诫s隧道結(jié)的之間。器件頂部采用透明電極，保證太陽光透過。背電極位于襯底底部，外部電壓可以通過摻雜的襯底加到器件上。圖2是本發(fā)明實施例所述的太陽能電池的制備方法流程圖；圖3至圖11是本發(fā)明實施例所述的太陽能電池的制備過程圖；如圖2所示，本實施例所述太陽能電池的制備方法采用MOCVD(Metal_organicChemical Vapor Deposition,金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉淀)設(shè)備和超高真空多功能派射鍍膜系統(tǒng)，具體步驟包括步驟S100,生長第一節(jié)徑向pn結(jié)；包括步驟SlOl，在η型或者ρ型襯底6上沉積金屬納米顆?；蚪饘俦∧ぃ嘶鸷笮纬杉{米合金顆粒；所述襯底的材料是神化嫁(GaAs)晶體或者錯(Ge)晶體；步驟S102，如圖3所示，以所述納米合金顆粒作為催化物，沿垂直于襯底方向生長η型或者P型納米線 3 ;所述納米線3位于所述襯底6和所述納米合金顆粒之間,所述η型或者P型納米線3采用IV族單質(zhì)或II1-V族化合物半導(dǎo)體材料，優(yōu)選采用鍺(Ge)或者銦砷化鎵(InGaAs)晶體；步驟S103，如圖3所示，結(jié)束所述η型或者ρ型納米線的軸向生長，在其上沉積一層電介質(zhì)薄膜5 ;所述電介質(zhì)薄膜5覆蓋整個所述的納米線3與襯底6 ;所述沉積的電介質(zhì)薄膜5的材料采用二氧化娃(Si02)或者聚酰亞胺(polyimide)；步驟S104，如圖4所示，通過腐蝕工藝，控制腐蝕速度與腐蝕時間，將所述電介質(zhì)薄膜5腐蝕至僅剩覆蓋襯底6的一層，以避免后續(xù)生長的殼層與其下方的襯底6相接觸；步驟S105，如圖5所示，增高生長溫度，在所述η型或者ρ型納米線3的外側(cè)生長ρ型或者η型徑向pn結(jié)的殼層2,形成第一節(jié)徑向pn結(jié)；如果徑向pn結(jié)的納米線3是η型，則殼層2是ρ型,如果徑向pn結(jié)的納米線3是ρ型,則殼層2是η型；所述徑向pn結(jié)的殼層3采用IV族單質(zhì)或II1-V族化合物半導(dǎo)體材料，優(yōu)選采用鍺(Ge)或銦砷化鎵(InGaAs)晶體；步驟S200，生長第二節(jié)的徑向pn結(jié)；包括步驟S201，如圖6所示，降低至合適溫度，在所述徑向pn結(jié)的納米線頂端繼續(xù)生長重?fù)诫s隧道結(jié)4 ;所述重?fù)诫s隧道結(jié)4采用II1-V族化合物半導(dǎo)體材料；步驟S202，如圖7所示，在所述重?fù)诫s隧道結(jié)上繼續(xù)生長η型或者ρ型納米線3 ；同一器件中，各節(jié)的納米線3的材料都為η型或者都為ρ型；所述納米線3位于所述重?fù)诫s隧道結(jié)4與所述納米合金顆粒之間，所述η型或者ρ型納米線3采用II1-V族化合物半導(dǎo)體材料；步驟S203，如圖8所示，結(jié)束所述η型或者ρ型納米線3的生長，在其上沉積一層電介質(zhì)薄膜4 ;所述電介質(zhì)薄膜4覆蓋整個所述納米線與襯底；所述沉積的電介質(zhì)薄膜的材料優(yōu)選地采用二氧化娃(SiO2)或者聚酰亞胺(polyimide)；步驟S204，如圖9所示，通過腐蝕工藝，控制腐蝕速度與腐蝕時間，將所述電介質(zhì)薄膜4腐蝕至略高于剛生長的η型或者ρ型納米線3的底部，以避免后續(xù)生長的殼層2與其下方的重?fù)诫s隧道結(jié)4相接觸；步驟S205，如圖9所示，提高生長溫度，在上述η型或者ρ型納米線3的外側(cè)生長P型或者η型納米線殼層2,形成第二節(jié)徑向pn結(jié)；如果徑向pn結(jié)的納米線3是η型,則殼層2是ρ型，如果徑向pn結(jié)的納米線3是ρ型，則殼層2是η型；所述η型或者ρ型的殼層2采用II1-V族化合物半導(dǎo)體材料；步驟S300，如圖10所示，重復(fù)步驟S2，完成后續(xù)各節(jié)徑向pn結(jié)I的生長；所述后續(xù)各節(jié)的徑向PU結(jié)I都采用II1-V族化合物半導(dǎo)體材料，且材料的帶隙寬度由下至上依次增大；步驟S400，如圖11所示，結(jié)束所述徑向pn結(jié)I的生長，在其上鍍一層透明電極7，并在襯底的背側(cè)鍍一層電極， 即背電極8 ;所述透明電極7的材料是鎳金合金(Ni/Au)或者銦錫金屬氧化物(11'0)，所述背電極8的材料是鎳金合金(附/^11)或者鉬鈦鉬金合金(Pt/Ti/Pt/Au)。圖12是本發(fā)明實施例所述的太陽能電池的材料示意圖，最后形成的太陽能電池器件的材料如圖12所示。以上僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，當(dāng)然，本發(fā)明還可以有其他多種實施例，在不背離本發(fā)明精神及其實質(zhì)的情況下，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員當(dāng)可根據(jù)本發(fā)明做出各種相應(yīng)的改變和變形，但這些相應(yīng)的改變和變形都應(yīng)屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種基于多節(jié)納米線徑向pn結(jié)的太陽能電池，其特征在于，包括徑向pn結(jié),包括納米線和殼層,殼層位于納米線外側(cè),所述徑向pn結(jié)至少為二個,沿納米線軸向方向排列；位于上一節(jié)的徑向pn結(jié)的材料的帶隙寬度比位于下一節(jié)的徑向pn結(jié)的材料的帶隙寬度大；重?fù)诫s隧道結(jié)，位于二節(jié)徑向pn結(jié)之間；電介質(zhì)薄膜，包裹于徑向Pn結(jié)和重?fù)诫s隧道結(jié)的外側(cè)；襯底，位于所述器件的底層；透明電極，位于所述器件的頂層；背電極，位于襯底的底面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池，其特征在于，所述電介質(zhì)薄膜略高于每一節(jié)的徑向pn結(jié)的納米線的底部。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的太陽能電池，其特征在于，位于最底層的徑向pn結(jié)的材料是 IV族單質(zhì)半導(dǎo)體或者II1-V族化合物半導(dǎo)體。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的太陽能電池，其特征在于，位于最底層的徑向pn結(jié)的材料是鍺晶體或者銦砷化鎵晶體。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的太陽能電池，其特征在于，位于最底層以上的各節(jié)的徑向pn 結(jié)的材料是II1-V族化合物半導(dǎo)體。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5任一項所述的太陽能電池，其特征在于，所述隧道結(jié)的材料是II1-V族化合物半導(dǎo)體；所述襯底的材料是砷化鎵晶體或者鍺晶體；所述電介質(zhì)薄膜的材料是二氧化硅或者聚酰亞胺；所述透明電極的材料是鎳金合金或者銦錫金屬氧化物；所述背電極的材料是鎳金合金或者鉬鈦鉬金合金。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的太陽能電池，其特征在于，所述徑向pn結(jié)的數(shù)量是2至4個。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的太陽能電池，其特征在于，對于有3個徑向pn結(jié)的太陽能電池，從最底層向最頂層，徑向pn結(jié)的材料依次為鍺、 銦砷化鎵、磷化銦鎵；或者依次為銦砷化鎵、銦砷化鎵、磷化銦鎵；或者，對于有4個徑向pn結(jié)的太陽能電池，從最底層向最頂層，徑向pn結(jié)的材料依次為鍺、 氮砷化銦鎵、銦砷化鎵、磷化銦鎵；或者依次為銦砷化鎵、銦砷化鎵、砷化招鎵、磷化銦鎵。
9.一種基于多節(jié)納米線徑向pn結(jié)的太陽能電池的制備方法，其特征在于，包括步驟S100,生長第一節(jié)徑向pn結(jié)；包括步驟SlOI,在η型或者P型襯底上沉積金屬納米顆?；蚪饘俦∧?退火后形成納米合金顆粒；步驟S102，以所述納米合金顆粒作為催化物，沿垂直于襯底方向生長η型或者P型納米線.步驟S103，結(jié)束所述η型或者P型納米線的生長，在其上沉積一層電介質(zhì)薄膜；步驟S104，通過腐蝕工藝，將所述電介質(zhì)薄膜腐蝕至僅剩覆蓋襯底的一層；步驟S105，增高生長溫度，在所述η型或者P型納米線的外側(cè)生長P型或者η型徑向 pn結(jié)的殼層，形成第一節(jié)徑向pn結(jié)；步驟S200，生長第二節(jié)的徑向pn結(jié)；包括步驟S201，降低至合適溫度，在所述徑向pn結(jié)的納米線頂端繼續(xù)生長重?fù)诫s隧道結(jié)； 步驟S202，在所述重?fù)诫s隧道結(jié)上繼續(xù)生長η型或者P型納米線；步驟S203，結(jié)束所述η型或者P型納米線的生長，在其上沉積一層電介質(zhì)薄膜；步驟S204，通過腐蝕工藝，將所述電介質(zhì)薄膜腐蝕至略高于剛生長的η型或者P型納米線的底部；步驟S205，提高生長溫度，在上述η型或者P型納米線的外側(cè)生長P型或者η型徑向 pn結(jié)的殼層，形成第二節(jié)徑向pn結(jié)；步驟S300，重復(fù)步驟S2，完成后續(xù)各節(jié)徑向pn結(jié)的生長；步驟S400，結(jié)束所述徑向pn結(jié)的生長，在其上鍍一層透明電極，并在襯底的背側(cè)鍍一層電極，即背電極。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的太陽能電池的制備方法，其特征在于，所述第一節(jié)徑向pn結(jié)的材料是IV族單質(zhì)半導(dǎo)體或者II1-V族化合物半導(dǎo)體。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的太陽能電池的制備方法，其特征在于，所述第一節(jié)徑向pn 結(jié)的材料是鍺晶體或者銦砷化鎵晶體。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的太陽能電池的制備方法，其特征在于，第二節(jié)及后續(xù)各節(jié)的徑向pn結(jié)的材料是II1-V族化合物半導(dǎo)體。
13.根據(jù)權(quán)利要求8至12任一項所述的太陽能電池的制備方法，其特征在于，其中， 所述隧道結(jié)的材料是II1-V族化合物半導(dǎo)體；所述襯底的材料是砷化鎵晶體或者鍺晶體；所述電介質(zhì)薄膜的材料是二氧化硅或者聚酰亞胺；所述透明電極的材料是鎳金合金或者銦錫金屬氧化物；所述背電極的材料是鎳金合金或者鉬鈦鉬金合金。
全文摘要
一種基于多節(jié)納米線徑向pn結(jié)的太陽能電池，其特征在于，包括徑向pn結(jié)、重?fù)诫s隧道結(jié)、電介質(zhì)薄膜、襯底、透明電極、背電極；其中徑向pn結(jié)，包括納米線和殼層，殼層位于納米線外側(cè)，所述徑向pn結(jié)至少為二個，沿納米線軸向方向排列；位于上一節(jié)的徑向pn結(jié)的材料的帶隙寬度比位于下一節(jié)的徑向pn結(jié)的材料的帶隙寬度大；重?fù)诫s隧道結(jié)，位于二節(jié)徑向pn結(jié)之間；電介質(zhì)薄膜，包裹于徑向pn結(jié)和重?fù)诫s隧道結(jié)的外側(cè)；襯底，位于所述器件的底層；透明電極，位于所述器件的頂層；背電極，位于襯底的底面。本發(fā)明提供的技術(shù)方案充分結(jié)合了納米線徑向pn結(jié)高的轉(zhuǎn)化效率和軸向多節(jié)結(jié)構(gòu)寬的吸收光譜的優(yōu)點，進(jìn)一步提高了器件的性能。
文檔編號H01L31/18GK103050564SQ201210564670
公開日2013年4月17日 申請日期2012年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月21日
發(fā)明者顏鑫, 張霞, 李軍帥, 王思佳, 黃永清, 任曉敏 申請人:北京郵電大學(xué)