专利名称：硅微纳米结构光伏太阳能电池的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种硅微纳米结构光伏太阳能电池装置，属于太阳能技术领域。
背景技术：
面对全球能源短缺危机和生态环境的不断恶化，世界各国积极研究和开发利用可再生能源，从而实现能源工业和社会的可持续发展。其中，太阳能被认为是能源危机和生态环境恶化的最佳解决途径。太阳能电池是通过半导体p-n结的光伏效应(photovoltaic effect)或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置。目前商业化太阳能电池以单晶硅和非晶硅为主。当前，人们除大量应用单晶硅太阳电池外[参见专利专利号JP5243597-A ； 专利号KR2002072736-A]，还研制成功了多晶硅电池[参见专利专利号US5949123-A]、非晶硅电池[参见专利专利号JP2002124689-A ；专利号US6307146-B1]、薄膜太阳电池等各种新型的电池[参见专利专利号JP2002198549-A]，并且还再不断地研制各种新材料、新结构的太阳电池[参见专利专利号DE19743692-A ；DE19743692-A1]。微纳米结构与材料应用于太阳能电池上能够大幅度提高光电转换效率，有望为绿色能源的发展带来革命性的变化。与其它半导体材料相比较，硅材料含量丰富而且廉价， 同时与目前的半导体微加工工艺兼容，因此基于硅微纳米结构的太阳能电池正受到越来越多的重视。007年美国哈佛大学Lieber课题组成功开发出一种新型同轴硅纳米线太阳能电池，其光电转化效率能达到5%。这种新型电池以硅纳米线材料为主材，制作成本低廉 [B. Z. Tian, X. L. Zheng,Τ. J. Kempa,et al. , Coaxial silicon nanowires as solar cells and nanoelectronic power sources. Nature 2007，449，885—888. ]。 2008 年，力口州大学的杨培东教授课题组制备了硅纳米线径向P-n结太阳能电池[E. C. Garnett,P. D. Yang,J. Am. Chem. Soc. 2008，130，9224-9225.]。但是由于p_n结制备技术以及电池结构存在明显缺陷， 目前做制备的硅纳米线电池光电转换效率较低。在我们发明的大面积硅微纳米结构制备技术基础上[参见中国专利CN1382626 ； 中国专利申请号2005100117533 ；中国专利申请号CN200810084205. 7 ；中国专利申请号 CN200810183135. 0]，我们设计了一种基于硅微纳米结构的光伏太阳能电池装置。
发明内容
本发明目的是设计和提供一种具有新型结构且光吸收能力强，载流子收集效率高，光电转换效率高的硅微纳米结构太阳能转换装置。本发明提出的硅微纳米结构太阳能转换装置，它含有透明氧化物导电层薄膜、η型硅微纳米结构、P型硅微纳米结构、P型硅基底层、铝金属膜背电极层，其特征在于所述太阳能转换装置含有依次相叠的下述各层，(1)透明氧化物导电薄膜层位于η型硅微纳米结构之上，作为正面引出电极；(2)η型硅微纳米结构阵列层位于ρ型硅微纳米结构阵列层之上，其作用是与ρ型硅微纳米结构阵列层形成三维P-n结，产生光生伏特效应；
(3)ρ型硅微纳米结构阵列层位于P型硅基底层之上，其作用是与η型硅微纳米结构阵列层形成三维ρ-η结，产生光生伏特效应，同时作为太阳电池的基区；(4)ρ型硅基底层，位于铝金属膜背电极之上，其作用是作为太阳电池的基区；(5)铝金属膜背电极层，其作用是形成电池背面引出电极；本发明首先用我们发明的硅微纳米结构的制备方法，首先在ρ型硅基片表面制备出大面积的硅微纳米结构阵列(如硅微米线，硅纳米线，硅微米洞，硅纳米洞等结构)。随后采用热扩散技术或者化学气相沉积在P型硅微纳米结构表面制备η型硅层，从而形成三维ρ-η结。然后在硅微纳米结构三维ρ-η结表面沉积一层&ι0:Α1透明导电薄膜或者其它透明导电薄膜；随后在P型硅基底面沉积金属铝，烧结后作为背面欧姆接触电极。在两面的金属接触电极上引出外引线，便得到了一个单片的硅微纳米结构光伏太阳能电池。
图1为本发明的硅微纳米结构阵列光伏太阳电池结构示意图。1透明氧化物导电薄膜2η型硅微纳米结构层3ρ型硅微纳米结构层4ρ型硅基底层5铝金属膜背电极层
具体实施例方式具体实施方式
1本发明首先用我们发明的有序硅微纳米结构的制备方法，首先在ρ型硅基片表面制备出大面积的硅纳米线阵列，随后采用液态源热扩散技术在P型硅纳米线阵列表面扩散形成η型硅层，从而形成三维核壳Ρ-η结结构。随后高温铝扩散去除背结，然后利用磁控溅射等技术在硅纳米线阵列三维Ρ-η结表面沉积一层透明氧化物导电薄膜，然后用真空蒸镀法在P型硅基底面沉积金属铝，烧结后作为背面欧姆接触电极。去除周边结后，在两面的金属接触电极上引出外引线，便得到了一个单片的硅纳米线阵列光伏太阳能电池。
具体实施方式
2本发明首先用我们发明的硅微纳米结构的制备方法，首先在ρ型硅基片表面制备出大面积的有序硅纳米空洞阵列，随后采用液态源热扩散技术在P型硅纳米空洞阵列表面扩散形成η型硅层，从而形成三维核壳ρ-η结结构。随后高温铝扩散去除背结，然后利用磁控溅射等技术在硅纳米空洞阵列三维ρ-η结表面沉积一层透明氧化物导电薄膜，然后用真空蒸镀法在P型硅基底面沉积金属铝，烧结后作为背面欧姆接触电极。去除周边结后，在两面的金属接触电极上引出外引线，便得到了一个单片的硅纳米洞阵列光伏太阳能电池。
具体实施方式
3本发明首先用我们发明的有序硅微纳米结构的制备方法，首先在ρ型硅基片表面制备出大面积的硅微米线阵列，随后采用液态源热扩散技术在P型硅微米线阵列表面扩散形成η型硅层，从而形成三维核壳ρ-η结结构。随后高温铝扩散去除背结，然后利用磁控溅射等技术在硅微米线阵列三维Ρ-η结表面沉积一层透明氧化物导电薄膜，然后用真空蒸镀法在P型硅基底面沉积金属铝，烧结后作为背面欧姆接触电极。去除周边结后，在两面的金属接触电极上引出外引线，便得到了一个单片的硅微米线阵列光伏太阳能电池具体实施方式
4本发明首先用我们发明的硅微纳米结构的制备方法，首先在ρ型硅基片表面制备出大面积的有序硅微米空洞阵列，随后采用液态源热扩散技术在P型硅微米空洞阵列表面扩散形成η型硅层，从而形成三维核壳p-n结结构。随后高温铝扩散去除背结，然后利用磁控溅射等技术在硅微米空洞阵列三维P-n结表面沉积一层透明氧化物导电薄膜，然后用真空蒸镀法在P型硅基底面沉积金属铝，烧结后作为背面欧姆接触电极。去除周边结后，在两面的金属接触电极上引出外引线，便得到了一个单片的硅微米洞阵列光伏太阳能电池。
具体实施方式
5本发明首先用我们发明的硅微纳米结构的制备方法，首先在ρ型硅基片表面制备出大面积的有序硅微米空洞阵列，随后采用固态源热扩散技术在P型硅微米空洞阵列表面扩散形成η型硅层，从而形成三维核壳p-n结结构。然后利用磁控溅射等技术在硅微米空洞阵列三维P-n结表面沉积一层透明氧化物导电薄膜，然后用真空蒸镀法在ρ型硅基底面沉积金属铝，烧结后作为背面欧姆接触电极。去除周边结后，在两面的金属接触电极上引出外引线，便得到了一个单片的硅微米洞阵列光伏太阳能电池。
具体实施方式
6本发明首先用我们发明的有序硅微纳米结构的制备方法，首先在ρ型硅基片表面制备出大面积的硅微米线阵列，随后采用固态源热扩散技术在P型硅微米线阵列表面扩散形成η型硅层，从而形成三维核壳P-n结结构。随后高温铝扩散去除背结，然后利用磁控溅射等技术在硅微米线阵列三维P-n结表面沉积一层透明氧化物导电薄膜，然后用真空蒸镀法在P型硅基底面沉积金属铝，烧结后作为背面欧姆接触电极。去除周边结后，在两面的金属接触电极上引出外引线，便得到了一个单片的硅微米线阵列光伏太阳能电池具体实施方式
7本发明首先用我们发明的硅微纳米结构的制备方法，首先在ρ型硅基片表面制备出大面积的有序硅纳米空洞阵列，随后采用固态源热扩散技术在P型硅纳米空洞阵列表面扩散形成η型硅层，从而形成三维核壳P-n结结构。随后高温铝扩散去除背结，然后利用磁控溅射等技术在硅纳米空洞阵列三维P-n结表面沉积一层透明氧化物导电薄膜，然后用真空蒸镀法在P型硅基底面沉积金属铝，烧结后作为背面欧姆接触电极。去除周边结后，在两面的金属接触电极上引出外引线，便得到了一个单片的硅纳米洞阵列光伏太阳能电池。
具体实施方式
8本发明首先用我们发明的有序硅微纳米结构的制备方法，首先在ρ型硅基片表面制备出大面积的硅纳米线阵列，随后采用固态源热扩散技术在P型硅纳米线阵列表面扩散形成η型硅层，从而形成三维核壳p-n结结构。随后高温铝扩散去除背结，然后利用磁控溅射等技术在硅纳米线阵列三维P-n结表面沉积一层透明氧化物导电薄膜，然后用真空蒸镀法在P型硅基底面沉积金属铝，烧结后作为背面欧姆接触电极。去除周边结后，在两面的金属接触电极上引出外引线，便得到了一个单片的硅纳米线阵列光伏太阳能电池。
具体实施方式
9本发明首先用我们发明的有序硅微纳米结构的制备方法，首先在ρ型硅基片表面制备出大面积的硅纳米线阵列，随后采用化学气相沉积技术在P型硅纳米线阵列表面沉积 η型硅层，从而形成三维核壳ρ-η结结构。随后利用磁控溅射等技术在硅纳米线阵列三维 ρ-η结表面沉积一层透明氧化物导电薄膜，然后用真空蒸镀法在ρ型硅基底面沉积金属铝， 烧结后作为背面欧姆接触电极。去除周边结后，在两面的金属接触电极上引出外引线，便得到了一个单片的硅纳米线阵列光伏太阳能电池。
具体实施方式
10本发明首先用我们发明的有序硅微纳米结构的制备方法，首先在ρ型硅基片表面制备出大面积的硅纳米洞阵列，随后采用化学气相沉积技术在P型硅纳米洞阵列表面沉积 η型硅层，从而形成三维核壳ρ-η结结构。随后利用磁控溅射等技术在硅纳米洞阵列三维 Ρ-η结表面沉积一层透明氧化物导电薄膜，然后用真空蒸镀法在ρ型硅基底面沉积金属铝， 烧结后作为背面欧姆接触电极。去除周边结后，在两面的金属接触电极上引出外引线，便得到了一个单片的硅纳米洞阵列光伏太阳能电池。
权利要求
1.硅微纳米结构阵列光伏太阳电池，它含有透明氧化物导电层、η型硅微纳米结构阵列层、P型硅微纳米结构阵列层、P型硅基底层、铝金属膜背电极层，其特征在于所述太阳能转换装置含有依次相叠的下述各层，(1)透明氧化物导电薄膜层位于η型硅微纳米结构阵列层之上，作为正面引出电极；(2)η型硅微纳米结构阵列层位于ρ型硅微纳米结构阵列层之上，其作用是与ρ型硅微纳米结构阵列层形成三维ρ-η结，产生光生伏特效应；(3)ρ型硅微纳米结构阵列层位于P型硅基底层之上，其作用是与η型硅微纳米结构阵列层形成三维Ρ-η结，产生光生伏特效应，同时作为太阳电池的基区；(4)Ρ型硅基底层，位于铝金属膜背电极之上，其作用是作为太阳能电池的基区；(5)铝金属膜背电极，其作用是作为背面引出电极。
2.根据权利要求1所述的硅微纳米结构阵列光伏太阳电池，其主要特征在于透明氧化物导电薄膜层(1)和P型硅基底层(4)之间含有硅微纳米结构三维ρ-η结。
3.根据权利要求1所述的硅微纳米结构阵列光伏太阳电池，其主要特征在于所述步骤O)的P型硅微纳米结构可以是硅微米线，硅纳米线，硅微米洞，硅纳米洞等阵列结构。
4.根据权利要求1所述的硅微纳米结构阵列光伏太阳电池，其主要特征在于所述步骤(2)的η型硅微纳米结构层可以通过热扩散技术在ρ型硅微纳米结构表面扩散形成η型硅层得到。
5.根据权利要求1所述的硅微纳米结构阵列光伏太阳电池，其主要特征在于所述步骤(2)的η型硅微纳米结构层可以通过化学气相沉积等技术在ρ型硅微纳米结构表面沉积 η型硅层得到。
全文摘要
本发明公开了一种属于太阳能电池技术领域的硅微纳米结构光伏太阳能电池装置。其特征在于所述透明氧化导电薄膜层和P型硅基底层之间含有n型硅微纳米结构/p型硅微纳米结构三维p-n结层。所述太阳能转换装置含有依次相叠的各层为透明氧化物导电薄膜层，起透光作用并作为正面引出电极；n型硅微纳米结构层位于p型硅微纳米结构层之上，与p型硅微纳米结构层形成p-n结；p型硅微纳米结构层位于p型硅基底层之上。P型硅基底层，作为太阳能电池的基区；铝金属膜背电极，作为背面引出电极。本发明提供的这种具有新型结构的太阳能转换装置，光吸收能力强，载流子收集效率高，光电转换效率高。
文档编号H01L31/042GK102201465SQ20101013277
公开日2011年9月28日 申请日期2010年3月26日 优先权日2010年3月26日
发明者彭奎庆 申请人:北京师范大学