太阳能电池及其制造方法

文档序号:10571592
太阳能电池及其制造方法
【专利摘要】本发明提供了太阳能电池及其制造方法。具体地,本发明的太阳能电池包含自下而上依次叠加的n GaAs层、主副栅结构、有机功能层和金属层,其中,所述主副栅结构的主栅和副栅的下方具有欧姆接触层,并且,所述副栅及其下方的欧姆接触层由绝缘层完全覆盖,其中,所述主栅作为负电极;所述有机功能层叠加在具有所述副栅的区域的表面上方;所述金属层叠加在所述有机功能层上,作为正电极。本发明的太阳能电池具有更好的性能和更低的制造成本。
【专利说明】
太阳能电池及其制造方法
技术领域
[0001]本发明涉及半导体领域,具体涉及太阳能电池技术领域。
【背景技术】
[0002]近年来,太阳能电池得到了越来越广泛的应用。
[0003]CN102522505(《无机与有机混合太阳能电池》)中公开了一种太阳能电池。如图1所示,在SiC衬底上依次包含AlN缓冲层、无机外延层、阴极、有机聚合物层和阳极。其中,AlN缓冲层的厚度150-200nm,采用有机金属化学气相沉积法(Metal-organic Chemical VaporDeposit1nJI^:^“MOCVD”)方法生长。阴极通过在氮面n_GaN上淀积Ti和Al形成。有机聚合物的厚度为50-80nm,通过在氮面n-GaN上旋涂的方式形成。阳极通过在有机聚合物上淀积Au形成。无机外延层则是采用MOCVD方式生长、厚度为2-3μπι、电子浓度为1.0X1017cm—3-2.0X 1018cm—3的氮面n-GaN,该氮面与阴极的接触面为光滑面,与有机聚合物的接触面为布满凹深为450nm-l.5μπι,密度为1.0 X 107cm—2_4.0 X 108cm—2的绒面。
[0004]但是,上述太阳能电池存在诸多问题,例如:易导致形成漏电流、电池效率低、制作成本高、电池正面电极对入射光形成遮挡、应用范围由于缺少柔性而受到限制,等等。
[0005]综上所述,本领域迫切需要制造成本更低,性能更优良的太阳能电池。

【发明内容】

[0006]本发明的一个目的就是提供一种太阳能电池的制造方法,成本更低,太阳能电池的性能更为优良。
[0007]在本发明的第一方面,提供了一种太阳能电池,包含自下而上依次叠加的nGaAs层、主副栅结构、有机功能层和金属层,其中,
[0008]该主副栅结构的主栅和副栅的下方(优选正下方)具有欧姆接触层,并且,该副栅及其下方的欧姆接触层由绝缘层完全覆盖,其中,该主栅作为负电极;
[0009]该有机功能层叠加在具有该副栅的区域的表面(优选整个表面)上方;
[0010]该金属层叠加在该有机功能层上,作为正电极。
[0011 ]在一优选例中,该n GaAs层下方还包含以下层之一或其组合:窗口层、减反射层。
[0012]在一优选例中,该欧姆接触层是n+AlxGa1-xAs层,其中,x大于等于O,且小于等于
0.6ο
[0013]在一优选例中,该nGaAs层、该欧姆接触层具有选自下组的一个或多个特征:
[0014]该η GaAs层的厚度范围是1000-3000nm,较佳地是1800nm-2200nm,最佳的是2000nm;
[0015]该nGaAs层的掺杂浓度是0.5-5 XlO17Cnf3;
[0016]该欧姆接触层的厚度范围是100-500nm,较佳地是280-320nm,最佳的是300nm;或
[0017]该欧姆接触层的掺杂浓度较佳地是0.5-5X118Cnf3。
[0018]在一优选例中,该主副栅结构的主栅和副栅具有选自下组的一个或多个特征:
[0019]该主栅宽度范围是0.5-2mm,较佳地是lmm;
[°02°]该副栅宽度范围是0.05-0.2mm,较佳地是0.1mm;或[0021 ] 该副栅间距范围是l-3mm,较佳地是2mm。
[0022]在一优选例中,该有机功能层选自下组:
[0023 ](聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)_聚(苯乙烯磺酸))PEDOT: PSS,
[0024](3-己基取代聚噻吩)P3HT,
[0025](聚[2-甲氧基-5-(2-乙基己氧基)-1,4-苯撑乙烯撑])MEH-PPV,
[0026](9,9-二正辛基芴-苯并[2,1,3]噻二唑共聚物)F8BT,或
[0027](富勒烯衍生物)PCBM。
[0028]在一优选例中,该减反射层任选自以下材料之一或其任意组合:Ti02,MgF2,ZnS。
[0029]在一优选例中,该减反射层由ZnS和MgF2构成,其中,该ZnS的厚度范围为50-60nm,较佳地是55nm,该MgF2的厚度范围为70-110]1111,较佳地是90111110
[0030]在一优选例中,该窗口层为本征GaInP窗口层,厚度范围是20_80nm,较佳地是35-45nm,最佳的是40nm。
[0031 ]在一优选例中,该有机功能层是(聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)_聚(苯乙烯磺酸))PEDOT: PSS,厚度范围是35-140nm,较佳地是70nm。
[0032]在一优选例中,该金属层是由银、金、铝、或镍构成的单层或多层金属电极。
[0033]本发明的第二个方面提供了一种太阳能电池制造方法,包含以下步骤:
[0034]步骤1:在一衬底上形成外延结构,其中,该外延结构包含自下而上叠加的nGaAs层和欧姆接触层;
[0035]步骤2:在该欧姆接触层上形成主副栅结构的金属电极,其中,该主副栅结构包括主栅和副栅,并且该主栅作为负电极;
[0036]步骤3:对没有被该主副栅结构覆盖到的欧姆接触层进行腐蚀,以露出下一层的ηGaAs 层;
[0037]步骤4:用绝缘层将该副栅以及下方(优选正下方)的欧姆接触层完全覆盖住;
[0038]步骤5:在具有该副栅的区域的表面上(优选整个表面)方覆盖有机功能层;
[0039]步骤6:在该有机功能层上叠加地沉积金属,作为正电极。
[0040]在一优选例中,该步骤I中,通过以下步骤形成该外延结构:在该衬底上依次叠加地形成牺牲层、窗口层、n GaAs层,和欧姆接触层。
[0041 ]在一优选例中,该牺牲层是一本征AlyGanAs牺牲层,其中,y大于0.6,且小于等于
1
[0042]在一优选例中,该方法还包含以下步骤:
[0043]步骤7:通过腐蚀该牺牲层,将该衬底与该窗口层分离,从而获得经分离的衬底和经分离的太阳能电池。
[0044]在另一优选例中,还包括步骤:对步骤7中该经分离的衬底进行重复利用。
[0045]在一优选例中,在该步骤I中,采用金属有机化合物化学气相沉淀方法,并且该衬底为砷化镓GaAs衬底,该牺牲层为本征AlAs牺牲层,该窗口层为本征GaInP窗口层。
[0046]在一优选例中,该步骤I中,还具有选自下组的一个或多个特征:
[0047 ] 该牺牲层的厚度范围是10-60nm,较佳地是35_45nm,最佳的是40nm ;
[0048]该窗口层的厚度范围是20-80nm,较佳地是35-45nm,最佳的是40nm;
[0049]该n GaAs层的厚度范围是1000-3000nm,较佳地是1800-2200nm,最佳的是2000nm,
[0050]该n GaAs层的掺杂浓度较佳地是0.5-5X 1017cm—3;
[0051 ] 该欧姆接触层的厚度范围是100-500nm,较佳地是280-320nm,最佳的是300nm;和/或
[0052]该欧姆接触层的掺杂浓度较佳地是0.5-5X 118Cnf3。
[0053]在一优选例中,该方法还包含以下步骤:
[0054]步骤8:在该窗口层的与该牺牲层分离的一侧制作减反射层。
[0055]在一优选例中,该步骤2中,采用光刻图形和电子束沉积方法,在该欧姆接触层上依次沉积AuGeNi合金层、Ag层、Au层,完成后再在400摄氏度条件下退火30s。
[0056]在一优选例中,在该步骤2中,还具有选自下组的一个或多个特征:
[0057]该AuGeNi合金层的厚度范围是20-100nm,较佳地是50-70nm,最佳的是60nm;
[0058]该Ag层的厚度范围是1000-6000nm,较佳地是3500nm-4500nm,最佳的是4000nm ;和/或
[0059 ] 该Au层的厚度范围是100-400nm,较佳地是200nm。
[0000]在一优选例中,该步骤2中,该主副栅结构的主栅宽度范围是0.5-2mm,较佳地是Imm;副栅宽度范围是0.05-0.2mm,较佳地是0.1mm;和/或该副栅间距范围l_3mm是,较佳地是 2mm ο
[0061]在一优选例中,在该步骤3中,采用柠檬酸和双氧水腐蚀没有被该负电极覆盖的欧姆接触层,其中,工艺条件为:C6H8O7: H2O2: H2O = 5:1:5,腐蚀时间范围为30_120s,较佳地是90so
[0062]在一优选例中,在该步骤4中,采用丝网印刷方法,用环氧树脂作为绝缘材料将该副栅以及下方欧姆接触层完全覆盖住,并且环氧树脂涂布宽度范围为0.25-0.8mm,较佳地是0.5mmο
[0063]在一优选例中,在该步骤5中,进一步包含以下子步骤:
[0064]5a)采用溶液旋涂法,在具有该副栅的区域的整个表面的上方旋涂有机功能层;
[0065]5b)烘烤固化,其中烘烤温度范围为120-200摄氏度,较佳地是150摄氏度;和/或烘烤时间范围为5-15分钟,较佳地是1分钟,其中,
[ΟΟ??]形成的有机功能层的厚度范围是35-140nm,较佳地是70nmo
[0067]在一优选例中,该步骤5a)中,在该主栅的表面用透明胶带遮挡,在整个表面上旋涂有机功能层;然后烘烤,其中烘烤温度范围为120-200摄氏度,较佳地是150摄氏度,烘烤时间范围为5-15分钟,较佳地是10分钟,并且,形成的有机功能层的厚度范围是35-140nm,较佳地是70nm,然后去掉该透明胶带露出该主栅,以及该副栅的连接部分。
[0068]在一优选例中,该步骤5a)中,在该主栅的表面,以及该副栅与主栅连接的部分的表面,用透明胶带遮挡,在整个表面上旋涂有机功能层;然后烘烤,其中烘烤温度范围为120-200摄氏度,较佳地是150摄氏度,烘烤时间范围为5-15分钟,较佳地是1分钟,并且,形成的有机功能层的厚度范围是35-140nm,较佳地是70nm,然后去掉该透明胶带露出该主栅,以及该副栅的连接部分。
[0069]在一优选例中,该步骤6中,该金属层的厚度范围为1000-8000nm,较佳地是5000-7000nm,最佳的是6000nm。
[0070]在一优选例中,在步骤6中,用透明胶带遮挡该主栅的表面,然后采用蒸镀的方法在该有机功能层上沉积金属层,再去掉该透明胶带。
[0071]在一优选例中,在步骤6中,用透明胶带遮挡该主栅的表面,以及该副栅与该主栅连接部分的表面,然后采用蒸镀的方法在该有机功能层上沉积金属层,再去掉该透明胶带。
[0072]在一优选例中,在该步骤7中,腐蚀方法为:
[0073]在室温下,将制备的该样品放入氢氟酸溶液中,其中浓度范围为20%_50 %,较佳地是50%,持续约24小时。
[0074]在一优选例中,在该步骤8中,利用磁控溅射的方法在该窗口层上依次沉积ZnS和MgF2,形成双层减反射层,其中,ZnS的厚度范围为50-60nm,较佳地是55nm,MgF2的厚度范围为 70-11011111,较佳地是9011111。
[0075]应理解,在本发明范围内中,本发明的上述各技术特征和在下文(如实施例)中具体描述的各技术特征之间都可以互相组合,从而构成新的或优选的技术方案。限于篇幅,在此不再一一累述。
【附图说明】
[0076]图1示出了现有技术中的一种太阳能电池;
[0077]图2示出了根据本发明的一个实施例的太阳能电池制造流程示意图;
[0078]图3示出了根据本发明的一个实施例的太阳能电池制造流程示意图;
[0079]图4示出了根据本发明的一个实施例的太阳能电池结构示意图;
[0080]图5示出了根据本发明的一个实施例的太阳能电池结构示意图;
[0081]图6和图7示出了根据本发明的一个实施例的太阳能电池制造流程各步骤的示意图。
【具体实施方式】
[0082]本发明人经过广泛而深入的研究,发现若能够将太阳能电池的正电极和负电极以叠加的方式形成在同一侧,能够大大提升太阳能电池的性能。并且,通过分离衬底与太阳能电池,能够对衬底重复使用,从而显著降低太阳能电池的制作成本。
[0083]术语
[0084]如本文所用,术语“外延结构”指在衬底上通过一种或多种化学或物理方法沉积的具有不同组分、厚度、掺杂浓度的单层或多层半导体材料结构。
[0085]如本文所用,术语“主副栅结构”指太阳能电池中由具有不同宽度的金属线构成的电极,其中相对较粗的称为主栅,相对较细的称为副栅。
[0086]如本文所用,术语“减反射层”指在太阳能电池表面的具有降低入射光反射率功能的一层或多层具有不同折射率的介质层的统称。
[0087]太阳能电池
[0088]本发明提供了一种结构新颖的太阳能电池,其中太阳能电池的正电极和负电极通过叠加形成在同一侧,并且太阳能电池与衬底分离,具有柔性,并且有减反射层,因此本发明的太阳能电池不但成本更低,并且由于柔性而可以应用于更多领域,并且,有效受光面积的增加,以及有机功能层位于电池背面,以及窗口层对电池上表面进行钝化而减少表面复合,都显著提高了电池效率。
[0089]典型地,本发明的太阳能电池,包含自下而上依次叠加的nGaAs层、主副栅结构、有机功能层和金属层,其中,所述主副栅结构的主栅和副栅的下方具有欧姆接触层,并且,所述副栅及其下方的欧姆接触层由绝缘层完全覆盖,其中,所述主栅作为负电极;所述有机功能层叠加在具有所述副栅的区域的表面上方;所述金属层叠加在所述有机功能层上,作为正电极。
[0090]在本发明中,所述有机功能层用于空穴传输。
[0091]适用于本发明的nGaAs层、主副栅结构、有机功能层、金属层、绝缘层没有特别限制,可以采用本领域中常规的材料,或用常规方法或用本发明中所述的方法进行制备。
[0092]此外,应理解,在本文和实施例中描述了本发明的太阳能电池及其制造方法。然而,本发明不仅限于实施例所揭示的材料。例如,上述n+GaAs层作为欧姆接触层,也可以采用其他材料,包括但不限于:n+AlxGa1-xAs层(其中,x大于等于O,且小于等于0.6),例如:η+Al0.2Ga0.8As,n+Al0.3Ga0.7As
[0093]银电极作为金属电极,也可以采用其他材料,包括但不限于:由银、金、铝、镍等金属中的一种或它们的任意组合所构成的单层或多层金属电极,例如铝和银构成的多层金属电极。
[0094]本征AlAs牺牲层,也可以采用其他材料,包括但不限于:本征AlyGanAs牺牲层(其中,y大于0.6,且小于等于I),例如:AlAs,Al0.sGa0.2As,Al0.9Ga0.1Aso
[0095]本征GaInP窗口层,也可以米用其他材料,包括但不限于:Al InP窗口层、AlGaInP窗Π层。
[0096]减反射层任选自以下材料之一或其任意组合:Ti02,MgF2,ZnS。
[0097](聚(3,4_亚乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸))PED0T:PSS有机功能层,也可以采用其他材料,包括但不限于:(3-己基取代聚噻吩)P3HT,(聚[2-甲氧基-5-(2-乙基己氧基)-1,4-苯撑乙烯撑])MEH-PPV,(9,9-二正辛基芴-苯并[2,1,3]噻二唑共聚物)F8BT,(富勒烯衍生物)PCBM等有机功能材料。
[0098]适用于本发明的绝缘层的材料没有特别限制,可以采用本领域中常规的绝缘材料,如绝缘树脂,代表性的例子包括(但并不限于):环氧树脂、酚醛树脂、(二氧化硅)Si02、(硅的氮化物)SiNx等绝缘材料、或其组合。
[0099]制备方法
[0100]本发明还提供了一种制备本发明太阳能电池的方法。在本发明制备方法中,一方面,衬底与太阳能电池通过化学方法进行分离,使衬底可以重复使用,降低了制造成本。另一方面,分离后的太阳能电池具有柔性,使其应用领域更给广泛。
[0101]另外,本发明的太阳能电池采用全背接触结构,有效避免了电池正面电极对入射光的遮挡,增加了电池有效受光面积。并且,有机功能层在电池背面,入射光不从有机材料透射到结区,从而在改造有机功能层结构和性能时不用考虑光传输损失,有助于提高电池效率。
[0102]另外,利用窗口层对电池上表面进行钝化,有效减少了光入射一侧表面的载流子复合,从而有助于提高电池效率。
[0103]另外,减反射层用于减少光的反射,增加光学吸收。
[0104]另外,正负电极工艺均在衬底与太阳能电池分离前完成,衬底分离后只需制作减反射层,有利于提尚工艺稳定性,量广时有利于提尚广品良率。
[0105]工作原理
[0106]为了便于理解本发明,下面说明根据本发明制作的太阳能电池的工作原理。应理解,本发明的保护范围并不受所述工作原理的限制。
[0107]太阳光从具有减反射层的一侧入射,经过窗口层后,在nGaAs层内激发出光生载流子(电子和孔穴)。在n GaAs与有机功能层接触形成的内建电场以及邻近区域产生的电子和孔穴,在电场作用下被分离。空穴向有机功能层运输,电子向n+GaAs区域(欧姆接触层)运输,从而在有机功能层与n+GaAs层之间形成电势差(光伏效应)。与有机功能层接触的Ag层收集并传输空穴,成为太阳能电池的正极;与n+GaAs接触的金属主副栅收集并传输电子,成为太阳能电池的负极(负极电流由主栅引出)。
[0108]本发明的主要优点包括:
[0109]I)衬底可以重复利用,有效降低了太阳能电池的制造成本;
[0110]2)具有柔性,能够应用于更广泛的领域;
[0111]3)全背接触结构,避免了电池正面电极对入射光的遮挡,增加了电池有效受光面积;
[0112]4)有机功能层在电池背面,入射光不从有机材料透射到结区,从而在改造有机功能层结构和性能时,不用考虑光传输损失,有助于提高电池效率;
[0113]5)利用窗口层对电池上表面进行钝化,有效减少了表面复合,从而有助于提高电池效率;
[0114]6)正负电极工艺均在衬底分离前完成,衬底分离后只需制作减反射层,有利于提高工艺稳定性,量产时能够显著提高产品良率。
[0115]因此,本发明提供的太阳能电池及其制造方法极大地降低了成本,提高了太阳能电池的性能,并且具有更加广泛的应用前景。
[0116]下面结合具体实施例,进一步阐述本发明。应理解,这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法,通常按照常规条件或按照制造厂商所建议的条件。除非另外说明,否则百分比和份数是重量百分比和重量份数。
[0117]实施例1:太阳能电池及其制造方法
[0118]本实施例的太阳能电池制造方法如图2所示。
[0119]步骤201:在衬底上制作外延结构。具体地说,采用MOCVD方法,在GaAs衬底上依次制作本征AlAs牺牲层,本征GaInP窗口层,n GaAs层,和n+GaAs层。其中,本征AlAs牺牲层的厚度范围是10-60nm,较佳地是35-45nm,最佳的是40nm,本征GaInP窗口层的厚度范围是20-80nm,较佳地是35_45nm,最佳的是40nm,nGaAs层的厚度范围是1000-3000nm,较佳地是1800nm-2200nm,最佳的是2000nm,掺杂浓度较佳地是0.5-5X1017cm—3,n+GaAs层的厚度范围是100-500nm,较佳地是280_320nm,最佳的是300nm,掺杂浓度较佳地是0.5-5 X 1018cm—3。衬底的厚度是250um,掺杂浓度较佳地是0.5-5X1018cm—3。在本发明中,牺牲层还可以是Al0.eGa0.2As 或 Al0.9Ga0.1As。[O12O]步骤202:在n+GaAs层上形成主副栅结构的金属电极,其中,主栅作为负电极。换句话说,在本步骤中,制作η型欧姆接触金属电极。
[0121 ] 在上述步骤中,采用光刻图形和e-beam(电子束沉积)方法,在n+GaAs上依次沉积AuGeNi合金、Ag、Au,以形成具有主副栅结构的金属电极,完成后再在400摄氏度条件下退火30s。其中,AuGeNi合金的厚度范围是20-100nm,较佳地是50-70nm,最佳的是60nm,Ag的厚度范围是1000-6000nm,较佳地是3500nm-4500nm,最佳的是4000nm,Au的厚度范围是100-400nm,较佳地是200nm。主栅宽度范围是0.5-2mm,较佳地是1mm,副栅宽度范围是0.05-
0.2mm,较佳地是0.1mm,副栅间距范围是I _3mm,较佳地是2mm。
[0122]步骤203:对没有被主副栅结构覆盖到的n+GaAs接触层进行腐蚀,以露出下一层的n GaAs层。在本步骤中,采用柠檬酸和双氧水腐蚀没有金属覆盖区域的n+GaAs接触层,直到露出n GaAs层。工艺条件为:C6H8O7: H2O2: H2O = 5:1:5,腐蚀时间90s。
[0123]步骤204:用绝缘层将副栅及下方的欧姆接触层完全覆盖住,具体地说,在本实施例中,用环氧树脂将副栅以及正下方的n+GaAs层完全覆盖住,以绝缘。具体地说,采用丝网印刷方法,在负极金属副栅上覆盖环氧树脂,使得副栅金属以及下方n+GaAs被环氧树脂完全覆盖,达到绝缘的效果。环氧树脂涂布宽度可以根据需要调整,在本实施例中,宽度为
0.5mm,以保证侧面也达到绝缘效果。
[0124]步骤201-204的制作工艺可以进一步参见图6(a)_(d)。
[0125]步骤205:在具有副栅的区域的整个表面上方覆盖有机功能层。具体地说,采用诸如溶液旋涂法等施涂方式,在样品表面旋涂(聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)PED0T:PSS。旋涂后,在150摄氏度下烘烤10分钟,形成约35-140nm厚度的PED0T:PSS有机功會泛?。
[0126]需要指出的是,在本实施例中,旋涂过程中利用透明胶带遮挡主栅,旋涂完成后去掉透明胶带露出主栅,通过此方法避免主栅被PED0T:PSS覆盖从而形成电流通道从而导致短路。
[0127]在另一优选例中,为了更好地避免主栅被PED0T:PSS覆盖,旋涂过程中利用透明胶带遮挡主栅、以及主栅与副栅连接的部分的表面,如图7(e)所示,旋涂完成后,同样地去掉透明胶带露出主栅、以及主栅与副栅连接的部分的表面。
[0128]步骤206:在有机功能层上叠加地沉积银,作为正电极。具体地说,用透明胶盖住主栅,再采用蒸镀的方法在PED0T:PSS上沉积银,形成正电极。之后去掉透明胶带,露出主栅。其中,银的厚度范围是1000-8000nm,较佳地是5000_7000nm,较佳地是6000nm。
[0129]在另一优选例中,可以用透明胶盖住主栅、以及主栅与副栅连接的部分的表面,再采用蒸镀的方法在PED0T:PSS上沉积银,形成正电极,之后同样地去掉透明胶带,露出主栅、以及主栅与副栅连接的部分的表面。
[0130]步骤205-206的制作工艺可以进一步参见图7(e)-(f)。
[0131]实施例2:太阳能电池制造方法
[0132]本实施例的太阳能电池制造方法是在上述实施例1的基础上,进一步增加了以下两个步骤,如图3所示。
[0133]步骤301-306与实施例1的步骤201-206相同,在此不做赘述。
[0134]步骤307:通过腐蚀牺牲层,将衬底与窗口层分离。具体地说,在室温条件下,将样品放入50 %浓度的氢氟酸溶液中,持续约24小时。利用氢氟酸溶液对AlAs的选择性腐蚀将衬底与薄膜电池分离。衬底经过化学机械抛光等处理后可反复用于MOCVD外延,从而降低了太阳能电池的制造成本。
[0135]步骤308:在窗口层的与牺牲层分离的一侧制作减反射层。具体地说,采用磁控溅射的方法,在薄膜剥离后露出的GaInP窗口层上,依次沉积ZnS和MgF2,以形成双层减反射层。其中,ZnS的厚度范围是50-60nm,较佳地是55nm,MgF2的厚度范围是70-110nm,较佳地是90nmo
[0136]步骤307-308的制作工艺可以进一步参见图7(g)_(h)。
[0137]实施例3:太阳能电池
[0138]本实施例的太阳能电池的结构如图4和图5所示,包含自下而上依次叠加的主副栅结构、有机功能层和银层,
[0139]其中,主副栅结构的主栅和副栅的正下方具有n+GaAs层,并且,副栅及其正下方的n+GaAs层由环氧树脂层完全覆盖,以绝缘,其中,主栅作为负电极。有机功能层(聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)_聚(苯乙烯磺酸)PED0T:PSS叠加在具有副栅的区域的整个表面上方,如图5所示。银层作为正电极,叠加在有机功能层PEDOT: PSS上。
[0140]在本实施例中,太阳能电池还包含自下而上依次叠加的减反射层、GaInP窗口层和n GaAs层,其中,n GaAs层上方是n+GaAs层和主副栅结构。并且,减反射层由ZnS和MgF2构成,ZnS的厚度范围为50_60nm,较佳地是55nm,MgF2的厚度范围为70-110]1111,较佳地是9011111。[OH1 ] 在一优选例中,该减反射层任选自以下材料之一或其任意组合:Ti02,MgF2,ZnS。
[0142]在一优选例中,窗口层为本征GaInP窗口层,厚度范围是20_80nm,较佳地是40nm。
[0143]在一优选例中,n GaAs层的厚度范围是1000-3000nm,较佳地是1800nm-2200nm,最佳的是2000nm,掺杂浓度较佳地是0.5-5\1017011—3,11+6348层的厚度范围是100-50011111,较佳地是280-320nm,最佳的是300nm,掺杂浓度较佳地是0.5-5 X 118Cnf3。
[0144]在一优选例中,主副栅结构的主栅宽度范围是0.5-2_,较佳地是1_,副栅宽度范围是0.05-0.2mm,较佳地是0.1mm,并且,副栅间距范围1-3mm是,较佳地是2mm。
[0145]在一优选例中,有机功能层是(聚(3,4_亚乙二氧基噻吩)_聚(苯乙烯磺酸))PEDOT: PSS,厚度范围是35-140nm,较佳地是70nm。
[0146]实施例4:太阳能电池
[0147]本实施例的太阳能电池可以由本发明的太阳能电池制造方法制备,具体地说,包含自下而上依次叠加的n GaAs、欧姆接触层n+GaAs、主副栅结构、有机功能层PEDOT: PSS和金属层银,其中,
[0148]主副栅结构的主栅和副栅的下方(优选正下方)具有欧姆接触层n+GaAs层,并且,副栅及其下方的欧姆接触层n+GaAs层由环氧树脂绝缘层完全覆盖,其中,主栅作为负电极;
[0149]有机功能层PED0T:PSS叠加在具有副栅的区域的表面(优选整个表面)上方;
[0150]金属层银叠加在有机功能层PEDOT:PSS上,作为正电极。
[0151]进一步的说,n GaAs层下方还包含以下层之一或其组合:GaInP窗口层、MgF2/ZnS减反射层。
[0152]需要指出的是,上述实施例中的其他参数都可以和本实施例进行任意的组合,在此不做赘述。
[0153]此外,该电池的制备中,选用AlAs材料作为牺牲层,用于将所述衬底与所述窗口层分离,从而获得经分离的衬底和经分离的太阳能电池。
[0154]实施例5:太阳能电池
[0155]本实施例的太阳能电池可以由本发明的太阳能电池制造方法制备,具体地说,包含自下而上依次叠加的n GaAs、欧姆接触层n+Al0.2Ga0.8As、主副栅结构、有机功能层Ρ3ΗΤ和金属层铝,其中,
[0156]主副栅结构的主栅和副栅的下方(优选正下方)具有欧姆接触层n+Al0.2GaQ.8AS,并且,副栅及其下方的欧姆接触层n+Al0.2Ga0.8As由二氧化硅绝缘层完全覆盖,其中,主栅作为负电极;
[0157]有机功能层P3HT叠加在具有副栅的区域的表面(优选整个表面)上方;
[0158]金属层铝叠加在有机功能层P3HT上,作为正电极。
[0159]进一步的说,n GaAs层下方还包含以下层之一或其组合:Α1ΙηΡ窗口层、MgF2/ZnS减反射层。
[0160]此外,该电池的制备中,选用Al0.sGa0.sAs材料作为牺牲层,用于将所述衬底与所述窗口层分离,从而获得经分离的衬底和经分离的太阳能电池。
[0161 ]需要指出的是,上述实施例中的其他参数都可以和本实施例进行任意的组合,在此不做赘述。
[0162]实施例6:太阳能电池
[0163]本实施例的太阳能电池可以由本发明的太阳能电池制造方法制备,具体地说,包含自下而上依次叠加的n GaAs、欧姆接触层n+Al0.3Ga0.7As、主副栅结构、有机功能层F8BT和金属层铝+银,其中,
[0164]主副栅结构的主栅和副栅的下方(优选正下方)具有欧姆接触层n+Al0.3GaQ.7AS,并且,副栅及其下方的欧姆接触层n+Al0.3Ga0.7As由氮化硅绝缘层完全覆盖,其中,主栅作为负电极;
[0165]有机功能层F8BT叠加在具有副栅的区域的表面(优选整个表面)上方;
[0166]铝和银构成的多层金属电极作为金属层,叠加在有机功能层F8BT上,作为正电极。
[0167]进一步的说,n GaAs层下方还包含以下层之一或其组合:Α1ΙηΡ窗口层、Ti02减反射层。
[0168]此外,该电池的制备中,选用Al0.sGauAs材料作为牺牲层,用于将所述衬底与所述窗口层分离,从而获得经分离的衬底和经分离的太阳能电池。
[0169]需要指出的是,上述实施例中的其他参数都可以和本实施例进行任意的组合,在此不做赘述。
[0170]本实施例中的太阳能电池可通过上述实施例1或实施例2中揭示的制造方法制造,在此不做赘述。
[0171]在本发明提及的所有文献都在本申请中引用作为参考,就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解,在阅读了本发明的上述讲授内容之后,本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改,这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
【主权项】
1.一种太阳能电池,其特征在于,包含自下而上依次叠加的n GaAs层、主副栅结构、有机功能层和金属层,其中, 所述主副栅结构的主栅和副栅的下方具有欧姆接触层,并且,所述副栅及其下方的欧姆接触层由绝缘层完全覆盖,其中,所述主栅作为负电极; 所述有机功能层叠加在具有所述副栅的区域的表面上方; 所述金属层叠加在所述有机功能层上,作为正电极。2.如权利要求1所述的太阳能电池,其特征在于,所述nGaAs层下方还包含以下层之一或其组合:窗口层、减反射层。3.如权利要求1所述的太阳能电池,其特征在于,所述欧姆接触层是n+AlxGa^As层,其中,X大于等于O,且小于等于0.6。4.如权利要求2所述的太阳能电池,其特征在于,所述nGaAs层、所述欧姆接触层具有选自下组的一个或多个特征: 所述n GaAs层的厚度范围是1000-3000nm; 所述n GaAs层的掺杂浓度是0.5-5 X 1017cm"3 ; 所述欧姆接触层的厚度范围是100-500nm;或 所述欧姆接触层的掺杂浓度较佳地是0.5-5 X 118Cnf3。5.如权利要求1所述的太阳能电池,其特征在于,所述主副栅结构的主栅和副栅具有选自下组的一个或多个特征: 所述主栅宽度范围是0.5-2mm; 所述副栅宽度范围是0.05-0.2mm;或 所述副栅间距范围是1-3mm ο6.如权利要求1所述的太阳能电池,其特征在于,所述有机功能层选自下组: (聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸))PEDOT:PSS, (3-己基取代聚噻吩)P3HT, (聚[2-甲氧基-5-(2-乙基己氧基)-1,4-苯撑乙烯撑])MEH-PPV, (9,9-二正辛基芴-苯并[2,I,3]噻二唑共聚物)F8BT,或 (富勒烯衍生物)PCBM。7.一种太阳能电池制造方法,其特征在于,包含以下步骤: 步骤1:在一衬底上形成外延结构,其中,所述外延结构包含自下而上叠加的n GaAs层和欧姆接触层; 步骤2:在所述欧姆接触层上形成主副栅结构的金属电极,其中,所述主副栅结构包括主栅和副栅,并且所述主栅作为负电极; 步骤3:对没有被所述主副栅结构覆盖到的欧姆接触层进行腐蚀,以露出下一层的ηGaAs 层; 步骤4:用绝缘层将所述副栅以及下方的欧姆接触层完全覆盖住; 步骤5:在具有所述副栅的区域的表面上方覆盖有机功能层; 步骤6:在所述有机功能层上叠加地沉积金属,作为正电极。8.如权利要求7所述的太阳能电池制造方法,其特征在于,所述步骤I中,通过以下步骤形成所述外延结构:在所述衬底上依次叠加地形成牺牲层、窗口层、n GaAs层,和欧姆接触层。9.如权利要求8所述的太阳能电池,其特征在于,所述牺牲层是一本征AlyGanAs牺牲层,其中,y大于0.6,且小于等于I。10.如权利要求9所述的太阳能电池制造方法,其特征在于,所述方法还包含以下步骤: 步骤7:通过腐蚀所述牺牲层,将所述衬底与所述窗口层分离,从而获得经分离的衬底和经分离的太阳能电池; 步骤8:在所述窗口层与所述牺牲层分离的一侧制作减反射层。
【文档编号】H01L51/44GK105932163SQ201610343877
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年5月20日
【发明人】黄添懋, 叶继春, 盛江, 郭炜
【申请人】中国科学院宁波材料技术与工程研究所
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