GaN纳米栅线的石墨烯电极太阳能电池的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于太阳能电池领域，尤其是一种GaN纳米栅线的石墨烯电极太阳能电池，可用于光伏发电。
【背景技术】
[0002]近年来，我国的光伏产业发展速度惊人，产量已经稳居全球第一。目前太阳能电池研宄主要集中在如何提高电池光电转换效率，优化栅线和电极结构与工艺是提高太阳能电池效率的重要技术方向之一。
[0003]光学损失是限制太阳能电池转换效率提高的主要障碍，目前大多数太阳能电池采用金属作为栅线和电极，剖面结构如图2所示。其由增透膜1、正面金属接触电极2、金属栅线层3、P型非晶硅层4、本征非晶硅层5、N型硅衬底6、金属背电极7组成，其中增透膜1、金属栅线层3、P型非晶硅层4、本征非晶硅层5、N型硅衬底6、金属背电极5依次自顶向下层叠，正面金属接触电极2位于P型非晶硅层4上，围绕在金属栅线层3周围，并与栅线连接。正面金属接触电极2和金属背电极7均为金属Pb、Au组成的多层金属电极。由于金属栅线会反射和遮挡入射光，减小了太阳能电池表面有效受光面积。通常情况下，栅线遮挡面积约占太阳能电池有效受光面积的10-15%，影响电池对光的利用率。同时由于光电子由金属栅线向电极转移的过程中，易造成电子空穴对的复合，进一步降低电极对光电子的收集和利用率，难以获得较高的转换效率。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型的目的在于针对现有技术的不足，给出了一种GaN纳米栅线的石墨烯电极太阳能电池，以降低硅衬底表面的光反射率，提高太阳能电池对光子的吸收和利用。
[0005]为实现上述目的，本实用新型提出的GaN纳米栅线的石墨烯电极太阳能电池，自上而下包括增透膜1、栅线层3、P型非晶硅层4、本征非晶硅层5、N型硅衬底6和背面电极7，栅线层3的周围设有正面电极2;该正面电极2与栅线连接，且上面设有金属接触电极8，其特征在于:栅线层3由相互交叉堆叠的GaN纳米线构成，正面电极2和背面电极7采用多层石墨稀材料。
[0006]作为优选，所述的增透膜I采用ITO氧化铟锡透明导电薄膜或TCO氧化物镀膜玻璃。
[0007]作为优选，所述的正面电极2和背面电极7采用的多层石墨烯材料厚度为100_200nmo
[0008]作为优选，所述的每根GaN纳米线的直径为50_100nm，长度为10-20 μ m。
[0009]作为优选，所述的所述P型非晶硅层4、本征非晶硅层5的厚度均为10-15nm。
[0010]作为优选，所述的所述N型硅衬底6的厚度为200-400 μ m。
[0011]本实用新型与现有技术相比，有如下优点:
[0012]1.太阳能电池采用GaN纳米线材料制作栅线，利用纳米线结构巨大的比表面积增大电池的受光面积；
[0013]2.太阳能电池采用GaN纳米线材料制作栅线作为输送载流子的通道，极大的提高了载流子的收集效率，从而提高太阳能电池光电转换效率；
[0014]3.采用多层石墨烯作为电极代替较厚的贵金属电极，可以大幅度降低生产成本。
【附图说明】
[0015]图1是本实用新型的剖面结构示意图。
[0016]图2是现有器件的剖面结构示意图。
【具体实施方式】
[0017]参照图1，本实用新型给出如下三实施例:
[0018]实施例1:
[0019]本实例的太阳能电池由增透膜1、正面电极2、栅线层3、P型非晶硅层4、本征非晶硅层5、N型硅衬底6、背面电极7和金属接触电极8组成。其中增透膜1、栅线层3、P型非晶硅层4、本征非晶硅层5、N型硅衬底6、背面电极7依次自顶向下层叠排列，正面电极2位于P型非晶硅层4上，且围绕在栅线层3的周围，并与栅线连接；金属接触电极8设置在正面电极2上。其中，所述增透膜1，采用ITO氧化铟锡透明导电薄膜；所述栅线层3由相互交叉堆叠的GaN纳米线构成，其中每根GaN纳米线的直径为50nm，长度为10 μ m ;所述P型非晶娃层4和本征非晶娃层5的厚度均为1nm ;所述N型娃衬底6厚度为200 μπι;所述正面电极2和背面电极7采用厚度均为10nm的多层石墨烯材料。
[0020]实施例2:
[0021]本实例的太阳能电池结构与实施例1相同。其参数变化如下:
[0022]每根GaN纳米线的直径为75nm，长度为15 μ m ;P型非晶硅层4、本征非晶硅层5厚度均为13nm ；N型硅衬底6厚度为300 μm ;正面电极2和背面电极7采用厚度均为150nm的多层石墨烯材料。
[0023]实施例3:
[0024]本实例的太阳能电池结构与实施例1相同。其参数变化如下:
[0025]每根GaN纳米线的直径为lOOnm，长度为20 μπι ;P型非晶硅层4、本征非晶硅层5厚度均为15nm ；N型硅衬底6厚度为400 μ m ;正面电极2和背面电极7采用厚度均为200nm的多层石墨烯材料。
[0026]本实用新型的制备步骤如下:
[0027]步骤1，清洗厚度为200-400 μ m的N型硅衬底。
[0028]步骤2，加热浓度为15% — 30%的KOH溶液至65_70°C，浸泡N型硅衬底6去除其表面机械损伤。
[0029]步骤3，采用等离子体增强化学气相沉积PECVD在N型硅衬底6上淀积厚度10-15nm的本征非晶娃层5。
[0030]步骤4，采用等离子体增强化学气相沉积PECVD在本征非晶硅层5上淀积厚度10-15nm的P型非晶硅层4。
[0031]步骤5，另取一块硅衬底a在其上生长GaN纳米线并用酒精溶液转移至P型非晶硅4上，形成GaN纳米线层，其中每根GaN纳米线的直径为50_100nm，长度为10-20 μπι。
[0032]步骤6，对转移有GaN纳米线层的样品依次进行涂胶、匀胶、曝光、显影处理，形成电极图形。
[0033]步骤7，将经过掺杂的厚度为100-200nm的多层石墨烯材料置于的电极图形上，并将样片置于丙酮溶液中进行剥离，形成正面电极2。
[0034]步骤8，将经过掺杂的厚度为100-200nm的多层石墨稀材料置于N型娃衬底6背面，并将样片置于丙酮溶液中进行剥离，形成背面电极7。
[0035]步骤9，在栅线层所在区域采用磁控溅射沉积ITO氧化铟锡透明导电薄膜形成增透膜I。
[0036]步骤10，在该样片表面采用电子束蒸发工艺依次沉积金属Pb和金属Au，再对金属进行光刻在石墨烯正面电极上形成金属接触图形，并在850_950°C下进行快速热退火工艺，形成金属接触电极8 ;至此GaN纳米栅线的石墨稀电极太阳能电池制备完成。
[0037]本实用新型通过采用GaN纳米线层降低了电池表面对光的反射损失，提高载流子的收集效率；同时由于采用多层石墨烯作为电极代替较厚的贵金属电极，可以大幅度降低生产成本。
【主权项】
1.一种GaN纳米栅线的石墨烯电极太阳能电池，自上而下包括增透膜(1)、栅线层(3)、P型非晶硅层(4)、本征非晶硅层(5)、N型硅衬底(6)和背面电极(7)，栅线层(3)的周围设有正面电极(2);该正面电极(2)与栅线连接，且上面设有金属接触电极(8)，其特征在于:栅线层(3)由相互交叉堆叠的GaN纳米线构成，正面电极(2)和背面电极(7)采用多层石墨稀材料。
2.根据权利要求1所述的GaN纳米栅线的石墨烯电极太阳能电池，其特征在于:正面电极(2)和背面电极(7)采用的多层石墨烯材料厚度均为100-200nm。
3.根据权利要求1所述的GaN纳米栅线的石墨烯电极太阳能电池，其特征在于:每根GaN纳米线的直径为50-100nm，长度为10-20 μ m0
4.根据权利要求1所述的GaN纳米栅线的石墨烯电极太阳能电池，其特征在于:所述P型非晶硅层(4)、本征非晶硅层(5)的厚度均为10-15nm。
5.根据权利要求1所述的GaN纳米栅线的石墨烯电极太阳能电池，其特征在于:所述N型硅衬底(6)的厚度为200-400 μ m。
6.根据权利要求1所述的GaN纳米栅线的石墨烯电极太阳能电池，其特征在于:所述的增透膜(I)采用ITO氧化铟锡透明导电薄膜或TCO氧化物镀膜玻璃。
【专利摘要】本实用新型给公开了一种GaN纳米栅线的石墨烯电极太阳能电池。其自上而下包括增透膜(1)、栅线层(3)、P型非晶硅层(4)、本征非晶硅层(5)、N型硅衬底(6)和背面电极(7)。栅线层(3)的周围设有正面电极(2)，该正面电极(2)与栅线连接，且上面设有金属接触电极(8)。其中正面电极(2)和背面电极(7)均采用厚度为100-200nm的多层石墨烯材料，栅线层(3)由相互交叉堆叠的GaN纳米线构成，每根纳米线直径为50-100nm，长度为10-20μm。该实用新型能够降低太阳能电池表面对光的反射损失，提高载流子的收集效率，降低生产成本，可用于光伏发电。
【IPC分类】H01L31-0224, H01L31-04
【公开号】CN204315586
【申请号】CN201520041666
【发明人】高鹏, 郭辉, 黄海栗, 苗东铭, 胡彦飞, 张玉明
【申请人】中电投西安太阳能电力有限公司
【公开日】2015年5月6日
【申请日】2015年1月21日