专利名称：一种具有双面异质结结构的太阳能电池及其制备方法
技术领域：
本发明涉及微纳加工领域，更具体地，涉及一种具有异质结结构的太阳能电池及这种异质结结构的制备方法。
背景技术：
自上世界80年代第一块太阳能电池制备成功以来，太阳能电池技术迅猛发展，如今太阳能电池已被广泛应用。太阳能电池发电的能量来源于太阳能，不会消耗自然界其他能源，也不会排放二氧化碳等污染物，不会对生态环境造成破坏，是清洁的能源方式。太阳能电池发电的原理是:太阳照在半导体异质结上，形成新的空穴-电子对，当外部电路接通以后，在异质结电场作用下，由光照产生的空穴、电子发生定向移动，从而形成电流。太阳能电池的发电效率跟异质结的面积和对太阳光的吸收率有关。因此增加异质结的面积和太阳光的吸收率可以提高太阳能电池的发电效率。此外，由于太阳能电池所使用的环镜都在室外，所处环境比较恶劣，太阳能电池表面沉积的污染物对发电效率也会造成极大地影响。如果太阳能电池表面疏水，雨水会冲洗掉表面的污染物，污水也不会残留在表面，即具有较好的自清洁能力，因此也能提高太阳能电池的发电效率。目前一种增加异质结的面积的方式是在异质结结构上生长纳米线，纳米线可以大幅度增加表面积，并且具有较好的疏水特性，因此可以显著提高异质结太阳能电池的发电效率。纳米线的主要制备方法有生长和湿法刻蚀，生长可以是在气氛环境下也可以在溶液中，湿法刻蚀是在刻蚀溶液中进行的。当纳米线与微米结构相结合时，更会表现出更优异的性能。现有的异质结太阳能电池中，其异质结结构通常是表面为平面或者在表面生长纳米线的结构，存在表面面积不够大，疏水性不够好，自清洁能力不强等缺陷，阻碍了太阳能电池效率的提闻。
发明内容
针对上述技术缺陷，本发明的目的之一在于提供一种具有双面异质结结构的太阳能电池，其异质结是通过在微米管管壁内外表面双面生长纳米线形成，从而可极大地增加表面积，带来很好的光吸收特性和疏水特性，具有良好的自清洁能力，并能够大幅度提高发电效率。实现本发明的该第一目的的一种具有双面异质结结构的太阳能电池，其特征在于，所述双面异质结结构包括:基底，生长或刻蚀在该基底上的微米管，其特征在于，所述微米管的内管壁和外管壁表面均生长或刻蚀有纳米线。作为进一步的改进，所述微米管的管体顶部端面也生长或刻蚀有纳米线。作为进一步的改进，所述纳米线材料为硅、二氧化钛、氮化硅或氧化锌。作为进一步的改进，所述纳米线材料与基底或微米管的材料不同或相同。作为进一步的改进，所述纳米线的直径优选可以为30nm 500nm。
作为进一步的改进，所述微米管呈阵列布置在基底上。本发明的目的之二在于提供一种具有双面异质结结构的太阳能电池的制备方法，其包括制备双面异质结结构的步骤，该步骤具体为:制作基底；在基底上生长或刻蚀微米管阵列；在上述微米管的内管壁和外管壁表面均生长或刻蚀纳米线。作为进一步的改进，在所述微米管的管体顶部端面也生长或刻蚀纳米线。作为进一步的改进，可以对纳米线进行参杂处理。本发明的双面异质结基底的材料可以为硅，例如单晶硅、多晶硅和硅材料的薄膜。本发明的双面异质结的微米管的材料可以为硅，是通过刻蚀或者生长的方法在基底上得到的，微米管的外部直径优选可以为2 30μπι。本发明的双面异质结的微米管管壁上的纳米线是生长或者刻蚀出来的，生长的环境为气体或者溶液，刻蚀的环境为刻蚀溶液。微米管管壁的内侧和外侧均生长有纳米线，纳米线的直径优选可以为30nm 500nm。本发明的双面异质结太阳能电池的纳米线所用的材料可以跟微米管和基底材料相同，也可以不同，例如可以是硅材料，也可以是其他材料，如二氧化钛、氮化硅、氧化锌等。本发明的异质结结构通过在基地表面上布置微米管柱，再在微米柱的侧壁和顶部上生长纳米线，则太阳能电池的表面积将会大幅度增加，进一步地，在基底上布置有微米管，再在微米管的内外侧都生长纳米线，则表面积比微米柱上生长纳米线增大将近一倍。与现有技术相比，本发明的太阳能电池表面积会极大的增大，光吸收率和疏水特性也得到提闻，从而能够较大地提闻太阳能电池效率。
图1为本发明实施例的一种双面异质结太阳能电池示意图；图2为本发明实施例一所制得的异质结结构示意图；图3为本发明实施例二所制得的异质结结构示意图；图中:1-纳米线，2-微米管，3-基底。
具体实施例方式为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。实施例一图1是本发明实施例中利用上述异质结结构制备的一种双面异质结太阳能电池的示意图。本实施例的太阳能电池的双面异质结包括纳米线1、微米管2和基底3，微米管2呈阵列排列设置在基底3上，微米管阵列呈正方形排布，微米管2的内管壁和外管壁上生长有材料为氧化锌的纳米线I。当然，微米管2的顶端管体端面上也可以生长或刻蚀有纳米线I。
图2是按照本实施例一的异质结结构的俯视图，基底I优选为单晶硅片，使用光刻工艺和诱导等离子体刻蚀的方法在基底上刻蚀出微米管阵列，微米管的外径可优选为3 μ m，微米管阵列为正方排布(即行列整齐排布)；管壁上的纳米线是通过湿法刻蚀的方法得到的，纳米线材料可优选为硅，纳米线的直径可优选为300nm。实施例二本实施例的太阳能电池的双面异质结包括纳米线1、微米管2和基底3，微米管2呈阵列排列设置在基底3上，微米管呈阵列排布，微米管2的内管壁和外管壁上生长有材料为二氧化钛的纳米线I。当然，微米管2的顶端管体端面上也可以生长或刻蚀有纳米线I。图3是按照本发明实施例二的异质结结构的俯视图，其中基底I为多晶硅片，使用生长的方法制备得到微米管阵列，微米管阵列可以为六角形排布，微米管的外径优选为30 μ m。管壁上的纳米线I是通过在生长溶液中生长得到的，纳米线材料可以为氧化锌，纳米线的直径为50nm。纳米线材料不限定为上述实施例中的几种，其可以跟微米管和基底材料相同，也可以不同，例如可以是硅材料，也可以是其他材料，如二氧化钛、氮化硅、氧化锌等。微米管的材料不限定为上述实施例中的几种，微米管在基底上的形成可以是通过刻蚀或者生长的方法得到，也可以采用其他方式。微米管的外部直径优选可以为2 30 μ m0基底的材料不限定为上述实施例中的几种，可以为硅，例如单晶硅、多晶硅和硅材料的薄膜，也可以为其他合适的材料。在微米柱上生长纳米线比在平面上生长纳米线具有更大的表面积，而将微米柱变成微米管，在微米管的内外两侧都生长纳米线，表面积增加会将近一倍，并且对太阳光的吸收性能和疏水特性更好。本实施例中的太阳能电池，其采用由微米管管壁和纳米线构成的异质节结构，极大地增加了太阳能电池的表面积，从而可以增加光吸收效率和疏水特性，能大幅度提高太阳能电池效率。本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种具有双面异质结结构的太阳能电池，其中，该双面异质结结构包括: 基底(3)； 生长或刻蚀在该基底(3)上的微米管(2)； 其特征在于，所述微米管(2)的内管壁和外管壁表面均生长或刻蚀有纳米线(I)。
2.根据权利要求1所述具有双面异质结结构的太阳能电池，所述微米管(2)的管体顶部端面也生长或刻蚀有纳米线(I)。
3.根据权利要求1或2所述的具有双面异质结结构的太阳能电池，其中，所述纳米线Cl)的材料为硅、二氧化钛、氮化硅或氧化锌。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的具有双面异质结结构的太阳能电池，其中，所述纳米线(I)的材料与基底(3)或微米管(2)的材料不同或相同。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的具有双面异质结结构的太阳能电池，其中，所述纳米线(I)的直径优选可以为30nm 500nm。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的具有双面异质结结构的太阳能电池，其中，所述微米管(2)呈阵列布置在基底(3)上。
7.一种具有双面异质结结构的太阳能电池的制备方法，其包括制备双面异质结结构的步骤，该步骤具体为: 制作基底(3)； 在所述基底(3)上生长或刻蚀微米管(2)阵列； 在上述微米管(2 )的内管壁和外管壁表面均生长或刻蚀纳米线(I)。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其中，在所述微米管(2)的管体顶部端面也生长或刻蚀纳米线(I)。
9.根据权利要求7或8所述的制备方法，其中，还可以对所述纳米线(I)进行参杂处理。
全文摘要
本发明公开了一种具有双面异质结结构的太阳能电池，其中该双面异质结结构包括基底(3)，生长或刻蚀在该基底(3)上的微米管(2)，其特征在于，所述微米管(2)的内管壁和外管壁表面均生长或刻蚀有纳米线(1)。本发明还公开了一种双面异质结结构的制备方法，包括制作基底(3)；在所述基底(3)上生长或刻蚀微米管(2)阵列；在上述微米管(2)的内管壁和外管壁表面均生长或刻蚀纳米线(1)。本发明还公开了一种具有上述异质结结构的太阳能电池。本发明的异质结结构可极大地增加表面积，从而具有很好的光吸收特性和疏水特性，具有该结构的太阳能电池具有良好的自清洁能力，并能够大幅度提高发电效率。
文档编号H01L31/18GK103077993SQ201310025860
公开日2013年5月1日 申请日期2013年1月23日 优先权日2013年1月23日
发明者廖广兰, 史铁林, 谭先华, 盛文军, 孙博, 江婷 申请人:华中科技大学