基于硅納米線三維結(jié)構(gòu)的太陽(yáng)能電池的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及太陽(yáng)能電池的技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉基于硅納米線三維結(jié)構(gòu)的太陽(yáng)能電池，可用于光伏發(fā)電。
【背景技術(shù)】
[0002]由于太陽(yáng)能豐富且清潔，對(duì)廣泛的能源相關(guān)應(yīng)用而言，光伏器件極具吸引力。然而，目前硅基和其他太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)化效率低，使太陽(yáng)能電池的成本較高，阻礙了其發(fā)展和應(yīng)用。太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)化率定義為太陽(yáng)能電池的電輸出與太陽(yáng)能電池表面區(qū)域入射的太陽(yáng)能之比。在實(shí)際太陽(yáng)能電池的制作中，有很多因素限制著器件的性能，因而在太陽(yáng)能電池的設(shè)計(jì)和材料的選擇等方面必須考慮這些因素的影響。
[0003]為了提高太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)化率，需要采用陷光技術(shù)。當(dāng)光經(jīng)過這些結(jié)構(gòu)時(shí)，光束會(huì)發(fā)生散射，散射光以較大的入射角進(jìn)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)，可以有效提高薄膜太陽(yáng)能電池的光吸收，從而提高電池轉(zhuǎn)化效率。
[0004]現(xiàn)有的太陽(yáng)能電池表面的陷光結(jié)構(gòu)通常采用三維倒梯形結(jié)構(gòu)，剖面如圖2所示。其結(jié)構(gòu)自上而下分別為:金屬電極1、ΙΤΟ氧化銦錫透明導(dǎo)電薄膜2、P型多晶硅層3、本征多晶硅層4、N型硅襯底5、背電極6。襯底表面通過濕法刻蝕，形成擁有三維倒梯形重復(fù)單元的表面，再在其上等離子體化學(xué)氣相淀積PECVD本征多晶硅層和P型多晶硅層，形成具有三維倒梯形陷光結(jié)構(gòu)的能量轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)。當(dāng)光入射電池表面光線會(huì)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(yùn)動(dòng)長(zhǎng)度和反射次數(shù)，從而增大能量轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)對(duì)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(duì)光的反射系數(shù)。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]本實(shí)用新型的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種基于硅納米線三維結(jié)構(gòu)的太陽(yáng)能電池，以降低硅襯底表面的光反射率，提高太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)化效率。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提出的基于硅納米線三維結(jié)構(gòu)的太陽(yáng)能電池，包括N型硅襯底6和背面電極7，其中N型硅襯底6的上表面采用倒梯形形狀，該倒梯形上依次層疊有本征多晶硅層4、P型多晶硅層3和ITO氧化銦錫透明導(dǎo)電薄膜2，形成三維倒梯形整體結(jié)構(gòu)，該三維倒梯形整體結(jié)構(gòu)的頂端設(shè)有正面電極I，其特征在于:本征多晶硅層4與N型硅襯底6之間增設(shè)有硅納米線絨面層5。
[0007]作為優(yōu)選，所述的硅納米線絨面層5由相互交叉堆疊的硅納米線組成，每根硅納米線的直徑為40-80nm，長(zhǎng)度為20-40 μ m。
[0008]作為優(yōu)選，所述的N型硅襯底6的厚度為200-400 μ m。
[0009]作為優(yōu)選，所述的正面電極I采用金屬銀材料。
[0010]作為優(yōu)選，所述的P型多晶硅層3和本征多晶硅層4的厚度均為10-15nm。
[0011]作為優(yōu)選，所述的背面電極7采用金屬鋁材料。
[0012]本實(shí)用新型通過增加具有高表面積和高陷光特性的硅納米線絨面層，能夠有效降低硅襯底對(duì)光反射，提高了太陽(yáng)能電池對(duì)光子的吸收和利用，改善了太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率。
【附圖說明】
[0013]圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖2是現(xiàn)有擁有三維倒梯形陷光結(jié)構(gòu)的太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]參照?qǐng)D1，本實(shí)用新型給出如下三個(gè)實(shí)施例:
[0016]實(shí)施例1:
[0017]本實(shí)例的太陽(yáng)能電池包括正面電極1、ITO氧化銦錫透明導(dǎo)電薄膜2、P型多晶硅層3、本征多晶硅層4、硅納米線絨面層5、N型硅襯底6、背面電極7。其中N型硅襯底6的上表面采用倒梯形形狀，硅納米線絨面層5、本征多晶硅層4、P型多晶硅層3和ITO氧化銦錫透明導(dǎo)電薄膜2依次層疊在該倒梯形上，形成三維倒梯形整體結(jié)構(gòu)，正面電極I設(shè)在該三維倒梯形整體結(jié)構(gòu)的頂端。所述正面電極I采用金屬銀材料；所述P型多晶硅層3和本征多晶硅層4的厚度均為1nm ;所述硅納米線絨面層5是通過溶液轉(zhuǎn)移至N型硅襯底6上而形成的相互交叉堆疊的硅納米線層，每根硅納米線的直徑為40nm，長(zhǎng)度為20 μ m，此絨面層具有強(qiáng)烈的陷光特性，能夠有效的降低硅襯底表面的光反射率；所述N型硅襯底6采用表面具有三維倒梯形結(jié)構(gòu)的厚度為200 μπι的襯底片；所述背電極7采用金屬鋁材料。
[0018]實(shí)施例2:
[0019]本實(shí)例的結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1相同，即基于硅納米線三維結(jié)構(gòu)的太陽(yáng)能電池，其參數(shù)變化如下:
[0020]所述P型多晶硅層3和本征多晶硅層4的厚度均為13nm ;所述硅納米線層中每根硅納米線的直徑為60nm，長(zhǎng)度為30 μ m ;所述N型硅襯底6的厚度為300 μ m。
[0021]實(shí)施例3:
[0022]本實(shí)例的結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1相同，即基于硅納米線三維結(jié)構(gòu)的太陽(yáng)能電池，其參數(shù)變化如下:
[0023]所述P型多晶硅層3和本征多晶硅層4的厚度均為15nm ;所述硅納米線層中每根硅納米線的直徑為80nm，長(zhǎng)度為40 μπι;所述N型硅襯底6的厚度為400 μπι。
[0024]本實(shí)用新型的制備過程是:
[0025]首先，在N型硅襯底6的上表面通過干法刻蝕形成倒梯形形狀；再在該倒梯形上通過溶液轉(zhuǎn)移形成硅納米線絨面層5 ;
[0026]接著，在已形成有絨面層的倒梯形表面上，先通過淀積形成本征多晶硅層4和P型多晶硅層3，再通過濺射形成ITO氧化銦錫透明導(dǎo)電膜2，形成三維倒梯形整體結(jié)構(gòu)；
[0027]最后，在倒梯形結(jié)構(gòu)的頂端通過電子束蒸發(fā)金屬銀形成正面電極1，在N型娃襯底6背面蒸發(fā)金屬鋁形成背面電極7，完成整個(gè)太陽(yáng)能電池的制備。
[0028]本實(shí)用新型具有良好的陷光效果，同時(shí)有利于載流子收集效率的提高，改善了太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于硅納米線三維結(jié)構(gòu)的太陽(yáng)能電池，包括N型硅襯底(6)和背面電極(7)，其中N型硅襯底￠)的上表面為倒梯形形狀，該倒梯形表面上依次層疊有本征多晶硅層(4)、P型多晶硅層(3)和ITO氧化銦錫透明導(dǎo)電薄膜(2)，形成三維倒梯形整體結(jié)構(gòu)，該三維倒梯形整體結(jié)構(gòu)的頂端設(shè)有正面電極(I)，其特征在于:本征多晶硅層(4)與N型硅襯底(6)之間增設(shè)有硅納米線絨面層(5)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于娃納米線三維結(jié)構(gòu)的太陽(yáng)能電池，其特征在于:娃納米線絨面層(5)由相互交叉堆疊的硅納米線組成，每根硅納米線的直徑為40-80nm，長(zhǎng)度為20—40 u π?ο
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于娃納米線三維結(jié)構(gòu)的太陽(yáng)能電池，其特征在于:N型娃襯底(6)的厚度為200-400 μ m。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于硅納米線三維結(jié)構(gòu)的太陽(yáng)能電池，其特征在于:正面電極(I)采用金屬銀材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于硅納米線三維結(jié)構(gòu)的太陽(yáng)能電池，其特征在于:P型多晶娃層⑶和本征多晶娃層⑷的厚度均為10-15nm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于硅納米線三維結(jié)構(gòu)的太陽(yáng)能電池，其特征在于:背面電極(7)采用金屬鋁材料。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種基于硅納米線三維結(jié)構(gòu)的太陽(yáng)能電池。其包括N型硅襯底(6)、背面電極(7)和正面電極(1)，該N型硅襯底(6)的上表面為梯形形狀，該梯形表面上依次層疊有硅納米線絨面層(5)、本征多晶硅層(4)、P型多晶硅層(3)和ITO氧化銦錫透明導(dǎo)電薄膜(2)，形成三維倒梯形整體結(jié)構(gòu)；正面電極(1)設(shè)置在該三維倒梯形整體結(jié)構(gòu)的頂端。所述硅納米線絨面層(5)中的每根硅納米線直徑為40-80nm，長(zhǎng)度為20-40μm，該層具有強(qiáng)烈的陷光特性，能夠有效降低硅襯底表面的光反射率。本實(shí)用新型提高了器件對(duì)光子的吸收和利用，改善了太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率，可用于光伏發(fā)電。
【IPC分類】H01L31-0236
【公開號(hào)】CN204375768
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520042042
【發(fā)明人】吳翔, 郭輝, 黃海栗, 苗東銘, 胡彥飛, 張玉明
【申請(qǐng)人】中電投西安太陽(yáng)能電力有限公司
【公開日】2015年6月3日
【申請(qǐng)日】2015年1月21日