一种碳硅异质结太阳能电池及其制备方法

一种碳硅异质结太阳能电池及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种碳硅异质结太阳能电池及其制备方法，该电池包括：硅衬底；钝化层，其制作在硅衬底下表面，覆盖硅衬底，为周期性开孔结构；第一电极，其制作在钝化层下表面，覆盖钝化层，通过钝化层的周期性开孔与硅衬底形成周期性接触；第一非晶碳薄膜层，其制作在硅衬底上表面，覆盖硅衬底；第二非晶碳薄膜层，其制作在第一非晶碳薄膜层上表面，覆盖第一非晶碳薄膜层；第二电极，其制作在第二非晶碳薄膜层上表面，宽度小于第二非晶碳薄膜层。与传统晶体硅电池相比，该电池可以更加有效的利用太阳光谱，该电池既可以独立使用，也可以与目前的晶体硅电池组成机械叠层结构，从而提高晶体硅电池的效率，降低成本。
【专利说明】
一种碳硅异质结太阳能电池及其制备方法
技术领域
[0001]本专利涉及能源技术领域，尤其涉及一种碳硅异质结太阳能电池及其制备方法
【背景技术】
[0002]近几年全世界环境污染、温室效应等问题日趋严重，而且传统能源储量越来越少，价格越来越高，所以人类对清洁能源的需求越来越大，太阳能光伏发电作为一种清洁能源越来越受到人们的重视。目前，市场上销售的太阳能光伏电池大部分是单晶硅和多晶硅太阳能电池，晶体硅材料的能带宽度为1.12eV，截止波长为1107nm，因此不能有效利用太阳能光谱的红外和紫外波段。

【发明内容】

[0003]本发明的目的在于提供一种碳硅异质结太阳能电池及其制备方法，该电池基于目前最成熟的晶体硅电池制造技术，在晶体硅衬底上制备两层廉价的带隙可调的非晶碳薄膜，构成PIN结构太阳能电池，非晶碳薄膜的带隙可以在0.2到3eV之间进行调制，因此与传统晶体硅电池相比，该碳硅异质结电池可以更加有效的利用太阳光谱。
[0004]本发明采用的技术方案是:
[0005]一种碳硅异质结太阳能电池，包括:
[0006]硅衬底；
[0007]钝化层，其制作在硅衬底下表面，覆盖硅衬底，为周期性开孔结构；
[0008]第一电极，其制作在钝化层下表面，覆盖钝化层，通过钝化层的周期性开孔与硅衬底形成周期性接触；
[0009]第一非晶碳薄膜层，其制作在硅衬底上表面，覆盖硅衬底；
[0010]第二非晶碳薄膜层，其制作在第一非晶碳薄膜层上表面，覆盖第一非晶碳薄膜层；
[0011]第二电极，其制作在第二非晶碳薄膜层上表面，宽度小于第二非晶碳薄膜层。
[0012]进一步的，其中所述硅衬底为单晶硅或多晶硅材料，为P型或N型掺杂。
[0013]进一步的，其中所述钝化层为Al203、Si02、SiNx和Ca2O3中的一种或多种的组合，其厚度小于1000纳米。
[0014]进一步的，其中所述第一非晶碳薄膜层为本征掺杂;所述第二非晶碳薄膜层的掺杂类型与硅衬底相反，第二非晶碳薄膜层的能带宽度大于第一非晶碳薄膜层。
[0015]一种碳硅异质结太阳能电池的制备方法，包括:
[0016]步骤1:在硅衬底上表面制备微纳陷光结构；
[0017]步骤2:在硅衬底上表面制备第一非晶碳薄膜层；
[0018]步骤3:在第一非晶碳薄膜层上表面制备第二非晶碳薄膜层；
[0019]步骤4:在硅衬底下表面制备钝化层；
[0020]步骤5:在第二非晶碳薄膜层上表面制备第二电极；
[0021 ]步骤6:在钝化层下表面制备第一电极；
[0022]步骤7:使钝化层形成周期性开孔结构的同时使第一电极通过开孔与硅衬底形成周期性接触。
[0023]进一步的，其中步骤I的微纳陷光结构的制备采用的是化学溶液腐蚀或等离子体刻蚀的方法。
[0024]进一步的，其中步骤2的第一非晶碳薄膜层以及步骤3的第二非晶碳薄膜层的制备采用的是原子层沉积、化学气相沉积、脉冲激光沉积、磁控溅射、喷涂或旋涂的方法，该第一、第二非晶碳薄膜层制备完成后，采用化学溶液对其进行化学处理。
[0025]进一步的，其中步骤4的钝化层的制备采用的是原子层沉积、化学气相沉积、脉冲激光沉积、磁控溅射、喷涂或旋涂的方法。
[0026]进一步的，其中步骤5的第二电极的制备和步骤6的第一电极的制备采用的是电子束蒸发、热蒸发、磁控溅射、电镀、化学镀、丝网印刷、喷涂或旋涂的方法。
[0027]进一步的，其中步骤7的使钝化层形成周期性开孔结构采用的是用脉冲或连续激光对第一电极进行周期选择性辐照的方法，使第一电极被激光辐照部分熔融烧穿钝化层然后冷却，从而使第一电极通过开孔与硅衬底形成周期性接触。
[0028]本发明的有益效果是:与传统晶体硅电池相比，该电池可以更加有效的利用太阳光谱，该电池既可以独立使用，也可以与目前的晶体硅电池组成机械叠层结构，从而提高晶体硅电池的效率，降低成本。
【附图说明】
[0029]图1是提供的一种碳硅异质结太阳能电池的结构示意图
[0030]图2是本发明实施例中提供的一种碳硅异质结太阳能电池的制备方法流程图
【具体实施方式】
[0031]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
[0032]图1示出了本发明实施例中提供的一种碳硅异质结太阳能电池的结构示意图。如图1所示，该碳硅异质结太阳能电池包括:
[0033]—硅衬底I，硅衬底为单晶硅或多晶硅材料，为P型或N型掺杂；
[0034]—钝化层2，其制作在硅衬底I下表面，覆盖硅衬底1，为周期性开孔结构，该钝化层的材料为Al203、Si02、SiNx和Ca2O3中的一种或多种的组合，其厚度小于1000纳米；
[0035]—第一电极3，其制作在钝化层2下表面，覆盖钝化层2，通过钝化层2的周期性开孔与硅衬底I形成周期性接触；
[0036]—第一非晶碳薄膜层4，其制作在硅衬底I上表面，覆盖硅衬底I，为本征掺杂；
[0037]一第二非晶碳薄膜层5，其制作在第一非晶碳薄膜层4上表面，覆盖第一非晶碳薄膜层4，掺杂类型与硅衬底I相反，第二非晶碳薄膜层5的能带宽度大于第一非晶碳薄膜层4;
[0038]一第二电极6，其制作在第二非晶碳薄膜层5上表面，宽度小于第二非晶碳薄膜层5。
[0039]图2示出了本发明实施例中提供的一种碳硅异质结太阳能电池的制备方法，该方法包含以下步骤:
[0040]步骤I:在硅衬底I上表面采用硝酸等酸性或氢氧化钠等碱性化学溶液腐蚀或等离子体刻蚀方法制备微纳陷光结构，使硅衬底I的上表面形成微米或纳米量级的随机或规则的微小金字塔结构或坚锥结构或棒状结构或孔结构，从而减少碳硅异质结太阳能电池上表面对入射光的反射；
[0041]步骤2:在硅衬底I上表面采用原子层沉积、化学气相沉积、脉冲激光沉积、磁控溅射、喷涂或旋涂的方法制备第一非晶碳薄膜层4，该薄膜层制备完成后，采用硝酸、盐酸等化学溶液对其进行化学处理；
[0042]步骤3:在第一非晶碳薄膜层4上表面采用原子层沉积、化学气相沉积、脉冲激光沉积、磁控溅射、喷涂或旋涂的方法制备第二非晶碳薄膜层5，该薄膜层制备完成后，采用硝酸、盐酸等化学溶液对其进行化学处理；
[0043]步骤4:在硅衬底I下表面采用原子层沉积、化学气相沉积、脉冲激光沉积、磁控溅射、喷涂或旋涂的方法制备钝化层2;
[0044]步骤5:在第二非晶碳薄膜层5上表面采用电子束蒸发、热蒸发、磁控溅射、电镀、化学镀、丝网印刷、喷涂或旋涂的方法制备第二电极6 ；
[0045]步骤6:在钝化层2下表面采用电子束蒸发、热蒸发、磁控溅射、电镀、化学镀、丝网印刷、喷涂或旋涂的方法制备第一电极3 ；
[0046]步骤7:用脉冲或连续激光对第一电极进行周期选择性辐照，使第一电极被激光辐照部分熔融烧穿钝化层2然后冷却，从而使钝化层2形成周期性开孔结构，同时使第一电极通过开孔与硅衬底I形成周期性接触。
【主权项】
1.一种碳硅异质结太阳能电池，其特征是，包括: 硅衬底； 钝化层，其制作在硅衬底下表面，覆盖硅衬底，为周期性开孔结构； 第一电极，其制作在钝化层下表面，覆盖钝化层，通过钝化层的周期性开孔与硅衬底形成周期性接触； 第一非晶碳薄膜层，其制作在硅衬底上表面，覆盖硅衬底； 第二非晶碳薄膜层，其制作在第一非晶碳薄膜层上表面，覆盖第一非晶碳薄膜层； 第二电极，其制作在第二非晶碳薄膜层上表面，宽度小于第二非晶碳薄膜层。2.根据权利要求1所述的碳硅异质结太阳能电池，其特征是:其中所述硅衬底为单晶硅或多晶硅材料，为P型或N型掺杂。3.根据权利要求1所述的碳硅异质结太阳能电池，其特征是:其中所述钝化层为A1203、Si02、SiNx和Ca2O3中的一种或多种的组合，其厚度小于1000纳米。4.根据权利要求1所述的碳硅异质结太阳能电池，其特征是:其中所述第一非晶碳薄膜层为本征掺杂;所述第二非晶碳薄膜层的掺杂类型与硅衬底相反，第二非晶碳薄膜层的能带宽度大于第一非晶碳薄膜层。5.—种碳硅异质结太阳能电池的制备方法，其特征是，包括: 步骤I:在硅衬底上表面制备微纳陷光结构； 步骤2:在硅衬底上表面制备第一非晶碳薄膜层； 步骤3:在第一非晶碳薄膜层上表面制备第二非晶碳薄膜层； 步骤4:在硅衬底下表面制备钝化层； 步骤5:在第二非晶碳薄膜层上表面制备第二电极； 步骤6:在钝化层下表面制备第一电极； 步骤7:使钝化层形成周期性开孔结构的同时使第一电极通过开孔与硅衬底形成周期性接触。6.根据权利要求5所述的碳硅异质结太阳能电池的制备方法，其特征是:其中步骤I的微纳陷光结构的制备采用的是化学溶液腐蚀或等离子体刻蚀的方法。7.根据权利要求5所述的碳硅异质结太阳能电池的制备方法，其特征是:其中步骤2的第一非晶碳薄膜层以及步骤3的第二非晶碳薄膜层的制备采用的是原子层沉积、化学气相沉积、脉冲激光沉积、磁控溅射、喷涂或旋涂的方法，该第一、第二非晶碳薄膜层制备完成后，采用化学溶液对其进行化学处理。8.根据权利要求5所述的碳硅异质结太阳能电池的制备方法，其特征是:其中步骤4的钝化层的制备采用的是原子层沉积、化学气相沉积、脉冲激光沉积、磁控溅射、喷涂或旋涂的方法。9.根据权利要求5所述的碳硅异质结太阳能电池的制备方法，其特征是:其中步骤5的第二电极的制备和步骤6的第一电极的制备采用的是电子束蒸发、热蒸发、磁控溅射、电镀、化学镀、丝网印刷、喷涂或旋涂的方法。10.根据权利要求5所述的碳硅异质结太阳能电池的制备方法，其特征是:其中步骤7的使钝化层形成周期性开孔结构采用的是用脉冲或连续激光对第一电极进行周期选择性辐照的方法，使第一电极被激光辐照部分熔融烧穿钝化层然后冷却，从而使第一电极通过开孔与硅衬底形成周期性接触。
【文档编号】H01L31/20GK105957910SQ201610286852
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年5月3日
【发明人】邢宇鹏, 丁穷, 杨正春, 张楷亮, 赵金石
【申请人】天津理工大学