本发明涉及一种太阳能电池及其制备方法，尤其是涉及一种硅基径向纳米线太阳能电池及其制备方法。
背景技术：
能源与环境问题一直是影响人类生存和发展的热点问题。太阳能作为一种取之不尽、用之不竭的可再生能源，其开发利用受到了最广泛的关注。在传统晶硅材料电池主导光伏市场的同时，硅基薄膜太阳能电池以其独特低温沉积制备工艺，轻便灵活的应用前景与柔性曲面、建筑一体化的良好结合，在日益增长的光伏市场中逐渐占有重要的地位。
基于硅微纳结构的硅基薄膜太阳能电池取代晶体硅可以显著降低材料成本，在可见光区间，对于相同的吸光量，硅微纳结构的使用仅占硅片用量的1％。近年来，由美国加州理工学院研究组提出的径向pn纳米线阵列太阳能电池(nanoletter,2008,8(10),3456-3460)以其光吸收方向与载流子分离收集方向正交从而综合提高电池太阳能电池短路电流和转换效率的优势显示出巨大的应用潜力。
与传统平面结构的硅基太阳能电池相比，硅纳米线径向电池在纳米线轴线方向收集光生载流子，可以有效降低电子-空穴的体复合提高光电转换效率。但这种径向结构的异质结区与平面结构相比具有更大界面接触，纳米线表面大量的表面缺陷态增加了界面光生载流子的复合几率，从而限制了径向硅纳米线太阳能电池效率的提升。
技术实现要素：
本发明的一个目的是提供一种硅基径向纳米线太阳能电池，解决纳米线表面大量的表面缺陷态提升界面光生载流子复合率而导致的短路电流较低的问题。本发明的另一个目的是提供一种硅基径向纳米线太阳能电池的制备方法。
本发明技术方案如下：一种硅基径向纳米线太阳能电池，包括n型单晶硅衬底，所述n型单晶硅衬底的第一面设置n型纳米线周期阵列结构，所述n型单晶硅衬底的第二面设置金属薄膜，所述n型纳米线周期阵列结构表面依次设置硫化钼薄膜和p型非晶硅薄膜，所述p型非晶硅薄表面和n型单晶硅衬底的由n型纳米线周期阵列结构裸露的第一面设置透明导电薄膜，所述透明导电薄膜和金属薄膜引出导电电极对外供电。
优选的，所述n型单晶硅衬底的厚度为20～5000微米，掺杂浓度为1×1012～1×1018cm-3。
优选的，所述n型纳米线周期阵列结构的纳米线直径为10～200纳米，高度为50～2000纳米，掺杂浓度为1×1012～1×1018cm-3。
优选的，所述硫化钼薄膜为单层或多层薄膜叠加组合构成，厚度为1～100纳米。
优选的，所述p型非晶硅薄膜的掺杂浓度为1×1016～1×1019cm-3，厚度为0.01～1微米。
优选的，所述透明导电薄膜为氧化铟锡、掺铝氧化锌和掺氟氧化锡中的一种，厚度为20～500纳米。
优选的，所述金属薄膜为ag、al和gu中的一种，厚度为20～100纳米。
一种硅基径向纳米线太阳能电池的制备方法，包括步骤：在n型单晶硅衬底的第一面利用反应离子刻蚀工艺制备n型纳米线周期阵列结构；在n型纳米线周期阵列结构表面利用化学气相沉积法制备硫化钼薄膜；在硫化钼薄膜表面利用等离子增强化学沉积技术制备p型非晶硅薄膜；对p型非晶硅薄膜进行退火处理；在p型非晶硅薄膜表面以及n型单晶硅衬底的由n型纳米线周期阵列结构裸露的第一面上利用电子束蒸发工艺制备透明导电薄膜；在n型单晶硅衬底的第二面采用电子束蒸发工艺制备金属薄膜。
优选的，所述利用化学气相沉积法制备硫化钼薄膜时，选用固态moo3和s粉作为前驱体，反应温度范围500～800℃。
优选的，所述在n型单晶硅衬底的第二面采用电子束蒸发工艺制备金属薄膜时使所述金属薄膜与n型单晶硅衬底构成欧姆接触。
本发明所提供的技术方案的优点在于：利用硫化钼薄膜作为本征层对n型纳米线周期阵列的纳米线表面缺陷进行修饰，mos2具有典型的层状结构，且随着层数的不同，能带宽度可以在1.2ev和1.9ev之间进行调控，并从间接带隙转为直接带隙，较宽的能带在降低界面复合的同时提高对宽光谱太阳能波段(300-1100nm)的吸收，从而有效提高硅基径向纳米线太阳能电池的光电转换效率。本发明具有结构简单、低成本和效率高的特点，所需工艺步骤均是成熟工艺，适于批量生产。
附图说明
图1为实施例1硅基径向纳米线太阳能电池的结构示意图；
图2为实施例1、2、3硅基径向纳米线太阳能电池与无mos2薄膜硅基纳米线太阳能电池的光谱吸收率对比图。
图3为实施例1、2、3硅基径向纳米线太阳能电池与无mos2薄膜硅基纳米线太阳能电池的电流电压曲线测试结果对比图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不作为对本发明的限定。
请结合图1所示，实施例1的硅基径向纳米线太阳能电池通过以下过程制得：首先在厚度为20微米，掺杂浓度为1×1012cm-3的n型单晶硅衬底1的第一面利用反应离子刻蚀工艺制备n型纳米线周期阵列结构2，硅纳米线直径为10nm，高度为50nm；在n型纳米线周期阵列结构2表面利用化学气相沉积法，用固态moo3和s粉作为前驱体，反应温度范围500℃制备厚度为1nm的单层硫化钼薄膜3；在硫化钼薄膜3上利用等离子增强化学沉积技术制备一层重掺杂浓度为1×1016cm-3的p型非晶硅薄膜4，厚度为10nm；利用退火设备对沉积的非晶硅薄膜进行退火处理，退火峰值温度为600℃，退火时间为300min，环境气氛为n2；然后在p型非晶硅薄膜4以及n型单晶硅衬底1的由n型纳米线周期阵列结构2裸露的第一面上利用电子束蒸发工艺制备一层厚度为20nm的氧化铟锡透明导电薄膜5，透明导电薄膜5一端引出导线作为光伏电池的正极；最后在n型单晶硅衬底1下表面采用电子束蒸发工艺制备20nm的al金属薄膜6，金属薄膜6一端引出导线作为光伏电池的负极。
实施例2的硅基径向纳米线太阳能电池通过以下过程制得：首先在厚度为5000微米，掺杂浓度为1×1018cm-3的n型单晶硅衬底1的第一面利用反应离子刻蚀工艺制备n型纳米线周期阵列结构2，硅纳米线直径为200nm，高度为2000nm；在n型纳米线周期阵列结构2表面利用化学气相沉积法，用固态moo3和s粉作为前驱体，反应温度范围800℃制备总厚度为100nm的多层硫化钼薄膜3；在硫化钼薄膜3上利用等离子增强化学沉积技术制备一层重掺杂浓度为1×1019cm-3的p型非晶硅薄膜4，厚度为1000nm；利用退火设备对沉积的非晶硅薄膜进行退火处理，退火峰值温度为600℃，退火时间为500min，环境气氛为n2；然后在p型非晶硅薄膜4以及n型单晶硅衬底1的由n型纳米线周期阵列结构2裸露的第一面上利用电子束蒸发工艺制备一层厚度为500nm的掺铝氧化锌透明导电薄膜5，透明导电薄膜5一端引出导线作为光伏电池的正极；最后在n型单晶硅衬底1下表面采用电子束蒸发工艺制备30nm的ag金属薄膜6，金属薄膜6一端引出导线作为光伏电池的负极。
实施例3的硅基径向纳米线太阳能电池通过以下过程制得：首先在厚度为200微米，掺杂浓度为1×1014cm-3的n型单晶硅衬底1的第一面利用反应离子刻蚀工艺制备n型纳米线周期阵列结构2，硅纳米线直径为150nm，高度为2000nm；在n型纳米线周期阵列结构2表面利用化学气相沉积法，用固态moo3和s粉作为前驱体，反应温度范围600℃制备总厚度为50nm的多层硫化钼薄膜3；在硫化钼薄膜3上利用等离子增强化学沉积技术制备一层重掺杂浓度为1×1018cm-3的p型非晶硅薄膜4，厚度为50nm；利用退火设备对沉积的非晶硅薄膜进行退火处理，退火峰值温度为800℃，退火时间为300min，环境气氛为n2；然后在p型非晶硅薄膜4以及n型单晶硅衬底1的由n型纳米线周期阵列结构2裸露的第一面上利用电子束蒸发工艺制备一层厚度为100nm的掺氟氧化锡透明导电薄膜5，透明导电薄膜5一端引出导线作为光伏电池的正极；最后在n型单晶硅衬底1下表面采用电子束蒸发工艺制备50nm的gu金属薄膜6，金属薄膜6一端引出导线作为光伏电池的负极。
实施例4的硅基径向纳米线太阳能电池通过以下过程制得：首先在厚度为100微米，掺杂浓度为1×1014cm-3的n型单晶硅衬底1的第一面利用反应离子刻蚀工艺制备n型纳米线周期阵列结构2，硅纳米线直径为80nm，高度为1000nm；在n型纳米线周期阵列结构2表面利用化学气相沉积法，用固态moo3和s粉作为前驱体，反应温度范围600℃制备总厚度为60nm的多层硫化钼薄膜3；在硫化钼薄膜3上利用等离子增强化学沉积技术制备一层重掺杂浓度为1×1016cm-3的p型非晶硅薄膜4，厚度为600nm；利用退火设备对沉积的非晶硅薄膜进行退火处理，退火峰值温度为800℃，退火时间为300min，环境气氛为n2；然后在p型非晶硅薄膜4以及n型单晶硅衬底1的由n型纳米线周期阵列结构2裸露的第一面上利用电子束蒸发工艺制备一层厚度为80nm的掺氟氧化锡透明导电薄膜5，透明导电薄膜5一端引出导线作为光伏电池的正极；最后在n型单晶硅衬底1下表面采用电子束蒸发工艺制备50nm的gu金属薄膜6，金属薄膜6一端引出导线作为光伏电池的负极。
从图2可以看出，从实施例1和实施例2与现有无mos2薄膜硅基纳米线太阳能电池相比，600～1100nm区间范围内的长波长光子的吸收率显著提高。实施例3与现有无mos2薄膜硅基纳米线太阳能电池相比，400～500nm区间的短波长光子和600～1100nm区间范围内的长波长光子的吸收率均显著提高。
从图3可以看出，从实施例1、实施例2和实施例3无mos2薄膜硅基纳米线太阳能电池相比，短路电流密度由9.96ma/cm2提高12.5ma/cm2、17.45ma/cm2和17.56ma/cm2，表明mos2薄膜的引入对光生载流子的分离和收集效率显著提高；开路电压由0.3v变化为0.33v、0.36v和0.43v，表面钝化效果优异，使器件的光电转换效率均得到提高。