一種基于硅納米結(jié)構(gòu)的光伏電池的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光伏電池的技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于硅納米結(jié)構(gòu)的光伏電池。
【背景技術(shù)】
[0002]工業(yè)革命以來，隨著工業(yè)化的發(fā)展和進步，對能源的需求也急劇增加，其中石化燃料是最主要的能源材料。然而地球上的石化燃料能源總儲藏量有限，且為不可再生能源，因而全球面臨著嚴峻的能源形勢。同時石化燃料的使用過程中釋放出大量的有毒氣體和二氧化碳氣體，造成嚴重的環(huán)境污染和溫室效應(yīng)，給人類的生存環(huán)境造成了前所未有的巨大災(zāi)難。人們已經(jīng)強烈意識到石化能源的使用所帶來的負面影響的嚴重性。因此“改變能源結(jié)構(gòu)，保護地球”的提議已得到全球各個國家的一致認可。只有可再生能源的大規(guī)模利用以替代傳統(tǒng)石化能源，才能促進人類社會的可持續(xù)發(fā)展。由于太陽能豐富且清潔，對廣泛的能源相關(guān)應(yīng)用而言，光伏器件極具吸引力。然而，目前硅基和其他光伏電池的光電轉(zhuǎn)化效率低，使光伏電池的成本較高，阻礙了其發(fā)展和應(yīng)用。光伏電池的光電轉(zhuǎn)化率定義為光伏電池的電輸出與光伏電池表面區(qū)域入射的太陽能之比。在實際光伏電池的制作中，有很多因素限制著器件的性能，因而在光伏電池的設(shè)計和材料的選擇等方面必須考慮這些因素的影響。
[0003]為了提高光伏電池的光電轉(zhuǎn)化率，需要提高光伏電池的陷光技術(shù)。當光經(jīng)過這些結(jié)構(gòu)時，光束會發(fā)生散射，散射光以較大的入射角進入薄膜電池的吸收層，由于吸收層材料的折射系數(shù)通常比周圍材質(zhì)的折射率高，大角散射的光束在吸收層中易于發(fā)生全反射。全反射光束在吸收層中來回振蕩，直至被吸收層吸收生成光生載流子。這樣通過陷光技術(shù)，可以有效提高薄膜光伏電池的光吸收，從而提高電池轉(zhuǎn)化效率。
[0004]現(xiàn)有的光伏電池表面的陷光結(jié)構(gòu)通常采用金字塔形結(jié)構(gòu)。而且現(xiàn)有的光伏電池的結(jié)構(gòu)自上而下為金屬電極、ITO氧化銦錫透明導(dǎo)電薄膜、N型非晶硅層、單層本征非晶硅層、P型硅襯底、背電極。襯底表面通過濕法刻蝕，形成擁有金字塔形重復(fù)單元的表面，再在其上采用等離子體化學(xué)氣相淀積PECVD沉積單層本征非晶硅層和N型非晶硅層，形成具有金字塔形陷光結(jié)構(gòu)的光電轉(zhuǎn)換單元。當光入射電池表面光線會在其表面連續(xù)反射，增加光在電池表面陷光結(jié)構(gòu)中的有效運動長度和反射次數(shù)，從而增大能量光電轉(zhuǎn)換單元對光的吸收效率。但是這種結(jié)構(gòu)由于絨面尺寸不均勻且分布較廣，使得襯底表面缺陷密度大大增加，在正表面難以獲得高質(zhì)量的絨面陷光，不易降低襯底對光的反射系數(shù)，同時單層結(jié)構(gòu)的本征非晶硅層鈍化效果較差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]因此，本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種基于硅納米線的光伏電池，以減少光的反射，提高對光子的吸收和利用，同時優(yōu)化本征非晶硅層的結(jié)構(gòu)，改善光伏電池的轉(zhuǎn)化效率。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出的一種基于硅納米線的光伏電池，包括背電極(6)和P型硅襯底(5)，其特征在于:P型硅襯底(5)的上表面采用硅納米線陣列結(jié)構(gòu)，該硅納米線陣列結(jié)構(gòu)表面上依次層疊有i型非晶硅層(4)、N型非晶硅層(3)和氧化銦錫透明導(dǎo)電膜(2)，納米線陣列結(jié)構(gòu)的頂端設(shè)有正電極(I)，其中i型非晶硅(4)包括依次層疊于硅納米線陣列結(jié)構(gòu)表面上的高氫氣/硅烷比的i型非晶硅層、第一 i型非晶硅層、低氫氣/硅烷比的i型非晶硅層以及第二 i型非晶硅層。
[0007]作為優(yōu)選，所述的N型非晶硅層(3)和i型非晶硅層(4)的厚度均為10-50nm。
[0008]作為優(yōu)選，所述的P型硅襯底(5)表面的硅納米線陣列中，每根硅納米線的直徑為40_80nm，長度為 5-10ym。
[0009]作為優(yōu)選，所述的P型硅襯底(5)厚度為200_400μπι。
[00?0] 作為優(yōu)選，所述的正電極(I)采用厚度為20nm/20nm/40nm的Ti/Pd/Ag多層金屬材料。
[0011]作為優(yōu)選，所述的背電極(6)采用厚度為70-100nm的金屬鋁材料。
[0012]作為優(yōu)選，所述的高氫氣/硅烷比的i型非晶硅層沉積時的氫氣/硅烷比為5-15，所述高氫氣/硅烷比的i型非晶硅層厚度為2_5nm。
[0013]作為優(yōu)選，所述的第一i型非晶硅層沉積時的氫氣/硅烷比為4-10，所述第一 i型非晶硅層厚度為2-5nm0
[0014]作為優(yōu)選，所述的低氫氣/硅烷比的i型非晶硅層沉積時的氫氣/硅烷比為1-4，所述低氫氣/硅烷比的i型非晶硅層厚度為4_30nm。
[0015]作為優(yōu)選，所述的第二i型非晶硅層沉積時的氫氣/硅烷比為4-10，所述第二 i型非晶硅層厚度為2-10nmo
[0016]本發(fā)明由于P型硅襯底表面采用納米線結(jié)構(gòu)，具有良好的陷光效果，且提高了載流子的收集效率，同時i型非晶硅層為四層疊置結(jié)構(gòu)，提高了其鈍化性能，改善了光伏電池的能量轉(zhuǎn)化效率。
【附圖說明】
[0017]圖1是本發(fā)明的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0018]參照圖1，本發(fā)明給出如下三個實施例:
[0019]實施例1:
[0020]本實例的光伏電池包括正電極1、氧化銦錫透明導(dǎo)電膜2、N型非晶硅層3、i型非晶硅層4、P型硅襯底5和背電極6，其中背電極6位于P型硅襯底5背面，P型硅襯底5的上表面采用納米線陣列結(jié)構(gòu)，i型非晶硅層4、N型非晶硅層3和氧化銦錫透明導(dǎo)電膜2依次層疊在該納米線陣列結(jié)構(gòu)表面，正電極I設(shè)置在納米線陣列結(jié)構(gòu)的頂端。所述正電極I采用厚度為20nm/20nm/40nm的Ti/Pd/Ag多層金屬材料;所述N型非晶娃層3與i型非晶娃層4厚度均為1nm;所述娃納米線陣列中，每根娃納米線的直徑為40nm，長度為5μηι；所述P型娃襯底5厚度為200μm;所述背電極6采用厚度為60nm的金屬鋁材料，i型非晶硅(4)包括依次層疊于硅納米線陣列結(jié)構(gòu)表面上的高氫氣/硅烷比的i型非晶硅層、第一 i型非晶硅層、低氫氣/硅烷比的i型非晶硅層以及第二 i型非晶硅層，其中所述的高氫氣/硅烷比的i型非晶硅層沉積時的氫氣/硅烷比為5，所述高氫