专利名称：一种硅纳米线太阳能电池装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及种硅纳米线太阳能电池装置，属于太阳能技术领域。
技术背景面对全球能源短缺危机和生态环境的不断恶化，世界各国积极研究和开发利用可再生能 源，从而实现能源工业和社会的可持续发展。其中，太阳能以其独有的优势而成为可再生能 源的焦点。假如把地球表面0.1%的太阳能转为电能，转变率5%，每年发电量可达5.6xl012 千瓦小时，相当于目前世界上能耗的40倍。因而太阳能被认为是能源危机和生态环境恶化的 最佳解决途径。太阳能电池是通过半导体p-n结的光伏效应(photovoltaiceffect)或者光化学效应直接把 光能转化成电能的装置。目前商业化太阳能电池以单晶硅和非晶硅为主。当前，人们除大量 应用单晶硅太阳电池外[参见专利专利号JP5243597-A;专利号KR2002072736-A]，还研制 成功了多晶硅电池[参见专利专利号US5949123-A]、非晶硅电池[参见专利专利号 JP20021246約-A;专利号US6307146 B1]、薄膜太阳电池等各种新型的电池[参见专利专利 号JP20021诉549-A]，并且还再不断地研制各种新材料、新结构的太阳电池[参见专利专利 号DEI 9743692-A; DEI 9743692-A1 ]。纳米材料应用于太阳能电池上能够极大地提高光电转换效率，有望为绿色能源的发展带 来革命性的变化。1991年，瑞士洛桑高等理工学院Gratzel教授率先发明了二氧化钛纳米晶 薄膜染料敏化太阳能电池[B. O，Regan， M. GrStzel, A low-cost, high e伤ciency solar cell based on dye-sensitized colloidal Ti02 films. Nature 1991， 353， 737—740.],其光电能量转换率在AM 1.5 模拟闩光照射下可达7.1%，接近了多晶硅电池的转换效率。2005年美国加州大学的杨培东教 授课题组首次采用 一维ZnO纳米线作为太阳能电池的阳极材料，该电池的光电转换效率可达 1.5% [M. Law, L.E. Greene, J.C. Johnson, et al. Nanowire dye-sensitized solar cells. Nature Materials2005，4，455-459.]。与其它半导体材料相比较，硅材料含量丰富而且廉价，同时与目 前的半导体微加工工艺兼容，因此基于硅纳米结构的太阳能电池正受到越来越多的重视。在我们发明的制备大面积纳米硅线阵列的技术基础上[参见中国专利CN1382626;屮 W专利屮请号2005100117533; Kuiqing Peng, Mingli加g Zhang, Aijiang Lu, NingBew Wong, Ruiqin Zhang， Shuit-Tong Lee. Ordered Si nanowire arrays via Nanosphere Lithography and Metal-induced etching. Applied Physics Letters 2007, 90, 163123]，我们设计了一种基于我们具有 tJ主知识产权技术制备的硅纳米线的无机有机物混合异质结太阳能电池装置。相对传统的硅太阳能电池，硅纳米线/有机物混合异质结太阳能电池是一祌新型，成本低的纳米结构太阳能电池。发明内容本发明目的是设计和提供一种具有新型结构且光吸收能力强，光电转换效率高的硅纳米线 太阳能电池装置。本发明提出的硅纳米线阵列太阳能转换装置，它含有Ti/Pd/Ag栅形电极、n型有机物半导 体、p型纳米硅线、p型硅基底层、铝金属膜背电极层，其特征在于所述太阳能转换装置含 有依次相叠的下述各层，(1) Ti/Pd/Ag栅形电极，位于n型有机物半导体之上，其作用是作为TH面引出电极；(2) n型有机物半导体层(如[6,6]-phenyl C61 butyric acid methyl ester)位于p型纳米硅线 阵列层之上，其作用是与p型纳米硅线形成p-n异质结，产生光生伏特效应；(3) p型纳米硅线位于P型硅基底层之上,其作用是与n型有机物半导体形成p-n异质结， 产生光生伏特效应，同时也作为太阳能电池的减反射层(4) P型硅基底层，位于铝金属膜背电极之上，其作用是作为太阳电池的基区；(5) 铝金属膜背电极层，其作用是形成电池背电场；本发明首先用我们发明的纳米硅线及其的制备方法，首先在P型硅基片表面腐蚀制备出 大面积的纳米硅线阵列后，用真空蒸镀法在P型硅基底面沉积金属铝薄膜，烧结后作为背面 欧姆接触电极。随后利用蒸发、旋涂或者浸泡技术在p型硅纳米线及其阵列表面沉积n型有 机物半导体，形成硅纳米线/有机物半导体三维径向p-n异质结。然后用掩膜法在有机物半导 体上面制备Ti/Pd/Ag栅形正面欧姆接触电极。在两面的金属接触电极上引出外引线，便得到 了 一个单片的硅纳米线太阳能电池。图为本发明的硅纳米线太阳电池结构示意图。 1 Ti/Pd/Ag栅形电极 2n型有机物半导体薄膜 3p型纳米硅线阵列 4 p型础:基底层 5铝金属膜背电极层具体实施方式
本发明首先用我们提出的纳米硅线阵列的制备方法，首先在P型硅基片表面腐蚀制备出 大面积的纳米硅线阵列后，用真空蒸镀法在P型硅基底面沉积金属铝薄膜，烧结后作为背面欧姆接触电极。随后利用蒸发、旋涂或者浸泡技术在p型硅纳米线及其阵列表面沉积n型有 机物半导体(例如[6，6]-phenyl C61 butyric acid methyl ester),形成硅纳米线/有机物半导体三维 径向p-n异质结。然后用掩膜法在有机物半导体上面制备Ti/Pd/Ag栅形正面欧姆接触电极。 在两面的金属接触电极上引出外引线，便得到了一个单片的硅纳米线太阳能电池。
权利要求
1、硅纳米线阵列太阳能电池装置，它含有Ti/Pd/Ag栅形电极、n型有机物半导体、p型纳米硅线、p型硅基底层、铝金属膜背电极层，其特征在于所述太阳能转换装置含有依次相叠的下述各层，(1)Ti/Pd/Ag栅形电极，位于n型有机物半导体之上，其作用是作为正面引出电极；(2)n型有机物半导体薄膜层(如[6，6]-phenyl C61 butyric acid methyl ester)位于p型纳米硅线阵列层之上，其作用是与p型纳米硅线形成p-n异质结，产生光生伏特效应；(3)p型纳米硅线位于P型硅基底层之上，其作用是与n型有机物半导体形成p-n异质结，产生光生伏特效应，同时也作为太阳能电池的减反射层；(4)P型硅基底层，位于铝金属膜背电极之上，其作用是作为太阳电池的基区；(5)铝金属膜背电极层，其作用是形成电池背电场；其主要特征在于n型有机物半导体薄膜层(2)和P型硅基底层(4)之间含有p型纳米硅线。
全文摘要
本发明公开了一种属于太阳能电池技术领域的硅纳米线阵列太阳能电池装置。其特征在于所述n型有机物半导体薄膜层(2)和P型硅基底层(4)之间含有p型纳米硅线阵列层。所述太阳能转换装置含有依次相叠的下述各层为Ti/Pd/Ag栅形电极，作为正面引出电极；n型有机物半导体薄膜层位于p型纳米硅线阵列层之上，其作用是与p型纳米硅线形成p-n异质结，产生光生伏特效应；p型纳米硅线位于P型硅基底层之上，与n型有机物半导体薄膜形成异质结；P型硅基底层，作为太阳能电池的基区；铝金属膜背电极，作为背面引出电极。本发明提供的这种具有新型结构的太阳能转换装置，光吸收能力强，光电转换效率高。
文档编号H01L51/42GK101257094SQ20081008880
公开日2008年9月3日 申请日期2008年3月31日 优先权日2008年3月31日
发明者彭奎庆 申请人:北京师范大学