基于GaN纳米线阵列的太阳能电池的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及太阳能电池的技术领域，特别是涉及基于GaN纳米线阵列的太阳能电池，可用于光伏发电。
【背景技术】
[0002]众所周知，“能源”是人类生存与发展的基石，随着传统能源的日益开发与枯竭，与之相对的却是社会发展对能源需求的剧增，能源短缺和能源供给问题已切实成为世界各国政府工作的当务之急。全球范围内能源紧缺的日益突出，使得可再生能源的开发和利用备受关注，以可再生能源替代传统化石能源，解决能源短缺的同时，缓减环境污染问题。太阳能的利用是可再生能源中一个非常重要的部分，围绕着如何提高太阳能电池效率，降低太阳能电池成本，各国对太阳能电池的研宄日益深入。
[0003]氮化镓GaN属于直接带隙半导体，直接带隙半导体的特点就是导带上电子可以直接和价带空穴复合发光，所以吸收效率高。并且GaN材料的禁带宽度为3.44eV，它的吸收范围覆盖了从可见光到近紫外区域，具有较高的光吸收效率。
[0004]现有的太阳能电池通常采用多晶硅材料，剖面如图2所示。其结构自上而下分别为:金属电极1、ΙΤΟ氧化铟锡透明导电薄膜2、P型多晶硅层3、本征多晶硅层4、N型硅衬底
5、背电极6。衬底表面通过湿法刻蚀，形成拥有三维倒梯形重复单元的表面，再在其上采用等离子体化学气相淀积PECVD沉积本征多晶硅层和P型多晶硅层，形成具有三维倒梯形陷光结构的能量转换机构。当光入射电池表面光线会在其表面连续反射，增加光在电池表面陷光结构中的有效运动长度和反射次数，从而增大能量转换机构对光的吸收效率。但是这种结构由于表面三维结构尺寸不均匀且分布较广，使得衬底表面缺陷密度大大增加，在正表面难以获得高质量的绒面陷光，不易降低衬底对光的反射系数。
【实用新型内容】
[0005]本实用新型的目的在于针对现有技术的不足，提出了一种基于GaN纳米线阵列的太阳能电池，以提高对光子的吸收和利用，改善太阳能电池的转化效率。
[0006]为实现上述目的，本实用新型提出的基于GaN纳米线阵列的太阳能电池，自下而上包括背电极6、硅衬底5、第二掺杂层4，其特征在于:所述第二掺杂层4的上表面采用纳米线阵列结构，该纳米线阵列结构表面层叠有第一掺杂层3、ITO氧化铟锡透明导电膜2，纳米线阵列结构顶端设有正电极1，所述第一掺杂层3和第二掺杂层4分别采用N型和P型掺杂的宽禁带GaN材料，且相互接触形成PN结。
[0007]作为优选，所述的第一掺杂层3厚度为10_20nm。
[0008]作为优选，所述的第二掺杂层4厚度为5-10 μ m。
[0009]作为优选，所述的GaN纳米线阵列中，每根GaN纳米线的直径为50_100nm，长度为2-6 μ m0
[0010]作为优选，所述的正电极I采用厚度为20nm/20nm/40nm的钛-镲-销多层金属材料。
[0011]作为优选，所述的硅衬底5厚度为200-400 μ m。
[0012]作为优选，所述的背电极6采用厚度为60nm的金属铝材料。
[0013]本实用新型由于第二掺杂层表面采用纳米线阵列结构，具有良好的陷光效果，提高了载流子的收集效率；同时由于第一和第二掺杂层采用宽禁带的GaN材料，能够吸收从可见光到紫外光区的光子，有利于提高太阳能电池性能。
【附图说明】
[0014]图1是本实用新型的剖面结构示意图。
[0015]图2是现有多晶娃太阳能电池结构不意图。
【具体实施方式】
[0016]参照图1，本实用新型给出如下三个实施例:
[0017]实施例1:
[0018]本实例的太阳能电池自下而上包括背电极6、硅衬底5、第二掺杂层4，其中第二掺杂层4的上表面采用纳米线阵列结构，该纳米线阵列结构表面依次层叠有第一掺杂层3和ITO氧化铟锡透明导电膜2，纳米线阵列结构顶端设有正电极1，第一掺杂层3和第二掺杂层4分别采用N型和P型掺杂的宽禁带GaN材料且相互接触形成PN结。所述正电极I采用厚度为20nm/20nm/40nm的钛-镲-销多层金属材料；所述第一掺杂层3的厚度为1nm ；所述第二掺杂层4的厚度为5 μ m，表面GaN纳米线的直径为50nm，长度为2 μ m ;所述硅衬底5厚度为200 μ m ;所述背电极采用厚度为60nm的金属铝。
[0019]实施例2:
[0020]本实例的太阳能电池结构与实施例1相同，即采用GaN纳米线阵列结构的太阳能电池，其参数变化如下:
[0021]所述第一掺杂层3的厚度为15nm ;所述P型掺杂层4的厚度为8 μ m，表面GaN纳米线的直径为75nm，长度为4 ym ;所述硅衬底5厚度为300 μ m。
[0022]实施例3:
[0023]本实例的太阳能电池结构与实施例1相同，即采用GaN纳米线阵列结构的太阳能电池，其参数变化如下:
[0024]所述N第一掺杂层3的厚度为20nm ;所述第二掺杂层4的厚度为10 μ m，表面GaN纳米线的直径为lOOnm，长度为6 μπι;所述硅衬底5厚度为400 μm。
[0025]该实用新型的制作是在硅衬底5上外延P型掺杂的第二掺杂层4，该P型掺杂层的上表面通过干法刻蚀形成纳米线阵列结构，在该纳米线阵列结构的表面依次通过掺杂和溅射形成N型第一掺杂层3和ITO氧化铟锡透明导电膜2，纳米线阵列结构的顶端电子束蒸发形成多层金属正电极1，硅衬底5背面蒸发金属铝形成背电极6。本实用新型具有良好的陷光效果，同时有利于载流子收集效率的提高，能够提高太阳能电池对光子的吸收和利用，改善太阳能电池的转换效率。
【主权项】
1.一种基于GaN纳米线阵列的太阳能电池，自下而上包括背电极(6)、硅衬底(5)、第二掺杂层(4)，其特征在于: 第二掺杂层(4)的上表面采用纳米线阵列结构，该纳米线阵列结构表面依次层叠有第一掺杂层(3)和ITO氧化铟锡透明导电膜(2)，纳米线阵列结构的顶端设有正电极(I); 所述第一掺杂层(3)和第二掺杂层(4)分别采用N型和P型掺杂的宽禁带GaN材料，且相互接触形成PN结。
2.根据权利要求1所述的基于GaN纳米线阵列的太阳能电池，其特征在于:第一掺杂层(3)的厚度为10-20nm。
3.根据权利要求1所述的基于GaN纳米线阵列的太阳能电池，其特征在于:第二掺杂层(4)的厚度为5-10 μ m。
4.根据权利要求1所述的基于GaN纳米线阵列的太阳能电池，其特征在于:GaN纳米线阵列中，每根GaN纳米线的直径为50-100nm，长度为2_6 μ m。
5.根据权利要求1所述的基于GaN纳米线阵列的太阳能电池，其特征在于:正电极(I)采用厚度为20nm/20nm/40nm的钛-镲-销多层金属材料。
6.根据权利要求1所述的基于GaN纳米线阵列的太阳能电池，其特征在于:硅衬底(5)的厚度为200-400 μ m。
7.根据权利要求1所述的基于GaN纳米线阵列的太阳能电池，其特征在于:背电极(6)采用厚度为60nm的金属销材料。
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于GaN纳米线阵列的太阳能电池。其包括正电极(1)、ITO氧化铟锡透明导电薄膜(2)、第一掺杂层(3)、第二掺杂层(4)、硅衬底(5)和背电极(6)。其中第一掺杂层和第二掺杂层采用宽禁带的GaN材料，且相互接触形成PN结；第二掺杂层表面为GaN纳米线阵列结构，阵列中每根GaN纳米线的直径为50-100nm，长度为2-6μm；该第一掺杂层和ITO氧化铟锡透明导电膜依次层叠在纳米线阵列结构表面，正电极设在纳米线阵列结构顶端。本实用新型具有良好的陷光效果，且能吸收从可见光到紫外光区的光子，有利于提高换能机构对光子的吸收和利用，改善太阳能电池的转换效率，可用于光伏发电。
【IPC分类】H01L31-054, H01L31-04, H01L31-0224
【公开号】CN204315587
【申请号】CN201520042043
【发明人】宋志成, 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