一种多晶硅薄膜太阳能电池的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种多晶硅薄膜太阳能电池，其结构为：FTO或AZO透明导电玻璃衬底／ZnO籽晶层／N型ZnO纳米阵列／P型多晶硅薄膜／金属电极，形成基于ZnO纳米阵列的n-ZnO／p-Si异质结太阳能电池。技术方案为：在FTO或AZO透明导电玻璃上制备ZnO籽晶层，在ZnO籽晶层上生长N型ZnO纳米阵列，在N型ZnO纳米阵列上制备P型多晶硅薄膜，最后在多晶硅薄膜上蒸镀金属电极。此结构特征在于N型ZnO纳米阵列可以直接深入至Si薄膜内部，实现多晶硅薄膜全面包覆ZnO纳米棒，充分利用纳米阵列传递载流子的作用，降低载流子复合几率，有效提升光伏转换效率。
【专利说明】—种多晶硅薄膜太阳能电池
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及多晶硅太阳能电池领域，是一种基于ZnO纳米阵列的多晶硅薄膜太阳电池结构。
[0002]【背景技术】
[0003]ZnO / Si异质结太阳能电池是一种双能带结构，不仅能够有效提高太阳能电池光-电转换效率，还能有效地降低太阳能电池的成本。
[0004]在薄膜太阳能电池方面，国内外采用各种方法在Si基片上制备ZnO薄膜来制备ZnO / p_S1、ZnO / n_S1、n—ZnO / n_Si 异质结太阳能电池。到目前为止，n_ZnO / n_Si异质结最高光伏转换效率为8.5%，n-ZnO / p_Si异质结最高光伏转换效率为6.8%，在理论上还有提升的空间。在有机太阳能电池方面，采用TiO2平整膜与聚合物杂化的太阳能电池光电转换效率仅为0.09%,而采用相同工艺制备的TiO2纳米阵列和ZnO纳米阵列与聚合物杂化的太阳能电池，最高效率达到0.29%，充分体现出纳米阵列在提高光伏转换效率方面的优势。
[0005]目前纳米阵列用于ZnO/ Si异质结薄膜太阳能电池，在电池结构上是采用在Si基片上制备ZnO纳米阵列，目前还未出现在ZnO纳米阵列基础上沉积多晶硅薄膜的结构。在Si基片上制备ZnO纳米阵列结构中与Si基底接触的并不是真正的ZnO纳米棒，而是ZnO籽晶层，ZnO籽晶层与Si之间存在较高的缺陷密度，不利于激子的快速分离与转移。相反，在ZnO纳米阵列上沉积多晶娃薄膜,Si直接在ZnO纳米棒上形核生长,ZnO纳米阵列可以直接深入至Si薄膜的内部，实现多晶硅薄膜全面包覆ZnO纳米棒，不仅减小两者之间的缺陷密度，而且大大增加了两者的接触面积，有利于激子的快速分离，减少复合的几率。
[0006]本实用新型在结构上克服了在Si基片上制备ZnO纳米阵列结构的不足，充分利用了纳米棒提高光伏转换效率的优势。提出先在FTO或AZO透明导电玻璃上制备ZnO籽晶层，在籽晶层上生长ZnO纳米阵列，再在纳米阵列基础上沉积P型多晶硅薄膜，形成多晶硅薄膜全面包覆ZnO纳米棒的ZnO / Si异质结太阳能，多晶硅薄膜完全包覆ZnO纳米阵列，充分发挥纳米阵列的作用，更大程度上传递光生载流子，降低界面复合几率，提高输出效率。
[0007]本实用新型中N型ZnO纳米阵列与P型Si薄膜所需的掺杂元素为同一种或同一族元素，既能形成有效的PN结，提高电池的开路电压，又能避免在制备或使用过程中掺杂元素互扩散导致的电池性能变化。
[0008]
【发明内容】
[0009]本实用新型的目的是研究开发新型多晶硅太阳能电池，获得基于ZnO纳米阵列的η一ZnO / P一Si异质结太阳能电池原型器件。
[0010]本实用新型的技术方案是:
[0011](I)在FTO或AZO透明导电玻璃衬底上制备ZnO籽晶层；
[0012](2)在ZnO籽晶层上生长N型掺杂ZnO纳米阵列；
[0013](3)在N型ZnO纳米阵列基础上制备P型掺杂多晶硅薄膜，形成多晶硅薄膜包覆ZnO纳米阵列结构,最后在P型多晶娃薄膜上蒸镀金属电极,形成n-ZnO / p_Si异质结太阳能电池。
[0014]有益成果
[0015]本实用新型提供了一种新型多晶硅薄膜太阳能结构:
[0016](I)利用纳米阵列的优势，克服在Si基片上制备ZnO纳米阵列结构的不足，采用多晶娃薄膜在ZnO纳米阵列基础上生长制备的结构。ZnO纳米阵列可以直接深入至Si薄膜的内部，实现多晶娃薄膜全面包覆ZnO纳米棒,充分利用纳米阵列结构对光生载流子特有的光电传输分离效应，有效传递光生载流子，降低界面复合几率，提高输出效率。
[0017](2)本实用新型中N型ZnO纳米阵列与P型Si薄膜所需的掺杂元素为同一种或同一族元素，既能形成有效的PN结，提高电池的开路电压，又能避免在制备或使用过程中掺杂元素互扩散导致的电池性能变化。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图为一种基于ZnO纳米阵列的多晶硅薄膜太阳能电池的结构示意图；
[0019]附图标记:1.FTO透明导电玻璃衬底；2.ZnO籽晶层;3.N型ZnO纳米阵列;4.P型多晶娃薄膜；5.金属电极。
【具体实施方式】
[0020]本实用新型提出了一种基于ZnO纳米阵列的n-ZnO/p-Si异质结太阳能电池。其结构依次包括:FT0或AZO透明导电玻璃、ZnO籽晶层、N型ZnO纳米阵列、P型多晶硅薄膜、金属电极，形成n-ZnO/p-Si异质结薄膜太阳能电池。此结构优势在于N型ZnO纳米阵列直接深入至Si薄膜的内部，多晶硅薄膜全面包覆ZnO纳米阵列，充分利用纳米阵列传递载流子的作用，有效提升光伏转换效率。同时N型ZnO与P型Si薄膜所需的掺杂元素可以为同一种或同一族元素，能形成有效的PN结，提高电池的开路电压。
[0021]下面通过具体实施例对实用型新做进一步说明，以使本实用新型变得更为清楚:
[0022]实施例1:
[0023]如图，选择FTO玻璃作为多晶硅薄膜电池的衬底，在衬底上制备ZnO籽晶层，再在ZnO籽晶层上制备N型ZnO米阵列；在ZnO纳米阵列上沉积P型多晶硅薄膜，形成多晶硅薄膜完全包覆ZnO纳米棒，B掺入Si薄膜中为P型掺杂，掺入ZnO中为N型掺杂；在多晶硅薄膜表面蒸镀Al电极,形成基于ZnO纳米阵列的n-ZnO/p-Si异质结太阳能电池。
[0024]实施例2:
[0025]选择AZO玻璃作为多晶硅薄膜电池的衬底，在衬底上制备ZnO籽晶层，再在ZnO籽晶层上制备N型ZnO米阵列；在ZnO纳米阵列上沉积P型多晶硅薄膜，形成多晶硅薄膜完全包覆ZnO纳米棒，Al掺入Si薄膜中为P型掺杂，掺入ZnO中为N型掺杂:在多晶硅薄膜表面蒸镀Ag电极,形成基于ZnO纳米阵列的n-ZnO/p-Si异质结太阳能电池。
[0026]实施例3:
[0027]选择AZO玻璃作为多晶硅薄膜电池的衬底，在衬底上制备ZnO籽晶层，再在ZnO籽晶层上制备N型ZnO米阵列；在ZnO纳米阵列上沉积P型多晶硅薄膜，形成多晶硅薄膜完全包覆ZnO纳米棒，B掺入Si薄膜中为P型掺杂，掺入ZnO中为N型掺杂；在多晶硅薄膜表面蒸镀Cu电极,形成基于ZnO纳米阵列的n-ZnO/p-Si异质结太阳能电池。[0028]实施例4:
[0029]选择AZO玻璃作为多晶硅薄膜电池的衬底，在衬底上制备ZnO籽晶层，再在ZnO籽晶层上制备N型ZnO米阵列；在ZnO纳米阵列上沉积P型多晶硅薄膜，形成多晶硅薄膜完全包覆ZnO纳米棒，Al掺入Si薄膜中为P型掺杂，掺入ZnO中为N型掺杂；在多晶硅薄膜表面蒸镀Pt电极，形成基于ZnO纳米阵列的n-ZnO/p-Si异质结太阳能电池。
【权利要求】
1.一种基于ZnO纳米阵列的多晶硅薄膜太阳能电池，其特征在于，其结构依次包括:FTO或AZO透明导电玻璃衬底、ZnO籽晶层、N型ZnO纳米阵列、P型多晶硅薄膜、金属电极。
2.根据权利要求1所述的一种基于ZnO纳米阵列的多晶硅薄膜太阳能电池，其特征在于，N型ZnO纳米阵列直接深入至Si薄膜的内部,多晶娃薄膜全面包覆ZnO纳米阵列的结构。
3.根据权利要求1所述的一种基于ZnO纳米阵列的多晶硅薄膜太阳能电池，其特征在于，在ZnO籽晶层生长N型掺杂ZnO纳米阵列结构。
4.根据权利要求1所述的一种基于ZnO纳米阵列的多晶硅薄膜太阳能电池，其特征在于，在ZnO纳米阵列基础上沉积P型掺杂多晶硅薄膜，P型多晶硅薄膜包覆ZnO纳米阵列。
5.根据权利要求1所述的一种基于ZnO纳米阵列的多晶硅薄膜太阳能电池，其特征在于，在P型多晶硅薄膜上蒸镀金属电极。
【文档编号】H01L31/072GK203456485SQ201320409443
【公开日】2014年2月26日 申请日期:2013年7月11日 优先权日:2013年7月11日
【发明者】羊亿, 陈丝懿, 王高飞, 孙汝廷 申请人:湖南师范大学