一种太阳能电池及其制作方法与流程

本发明涉及光伏技术，尤指一种太阳能电池及其制作方法。

背景技术：

传统硅晶太阳能电池主要包括前电极、背电极以及中间的p型和n型半导体等。为了减少硅晶对光的发射，在硅晶上增加了表面减反层。然而这种结构设计存在载流子分离速度慢和传递距离长的问题，导致光生电子空穴对易复合，直接影响了太阳能电池的转化效率；同时这种设计需要对硅晶进行p型和n型掺杂，增加了工艺难度，造成了资源的浪费；表面减反层的加入进一步增加了工艺和资源的浪费。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明至少一实施例提供了一种太阳能电池及制作方法，提高太阳能电池的转化效率。

为了达到本发明目的，本发明至少一实施例提供了一种太阳能电池制作方法，包括：

形成第一电极；

在所述第一电极上形成包括掺杂的p型光响应型半导体和n型光响应型半导体的纳米线；

在所述纳米线上方形成第二电极。

在本发明一可选实施例中，所述在所述第一电极上形成由p型光响应型半导体和n型光响应型半导体掺杂的纳米线包括：

在所述第一电极上生长所述p型光响应型半导体的纳米线；

在所述纳米线周围掺杂所述n型光响应型半导体；

或者，在所述第一电极上生长所述n型光响应型半导体的纳米线；

在所述纳米线周围掺杂所述p型光响应型半导体。

在本发明一可选实施例中，所述在所述第一电极上生长纳米线通过如下方式之一：

分子束外延、化学气相沉积、原子层沉积、水热法。

在本发明一可选实施例中，所述在所述纳米线周围掺杂所述n型光响应型半导体或者在所述纳米线周围掺杂所述p型光响应型半导体包括：

在所述纳米线周围通过高温渗透或离子掺杂方式掺杂所述n型光响应型半导体，或者在所述纳米线周围通过高温渗透或离子掺杂方式掺杂所述p型光响应型半导体。

在本发明一可选实施例中，所述n型光响应型半导体为ⅲa主族金属元素的氮化物，所述p型光响应型半导体为ⅱb副族金属元素的氧化物。

在本发明一可选实施例中，所述n型光响应型半导体为氮化镓，所述p型光响应型半导体为氧化锌。

在本发明一可选实施例中，所述第一电极为背电极，所述第二电极为前电极；或者，所述第一电极为前电极，所述第二电极为背电极。

本发明一实施例提供一种太阳能电池，包括：第一电极、第二电极和位于所述第一电极和第二电极之间的包括掺杂的p型光响应型半导体和n型光响应型半导体的纳米线。

在本发明一可选实施例中，所述纳米线为：p型光响应性半导体周围掺杂n型光响应型半导体，或者，n型光响应性半导体周围掺杂p型光响应型半导体。

在本发明一可选实施例中，所述n型光响应型半导体为氮化镓，所述p型光响应型半导体为氧化锌。

本申请中，通过生长一维纳米线，增加了光透过率、提高了太阳能的利用率，提高了载流子的迁移和分散速率，同时由于zno本身具有p型特点，即，形成一系列梯度pn结构，加速了载流子的分离效果。另外，由于zno掺杂后与gan形成的氮化镓氧化锌固溶体具有可见光响应的特点，可以利用可见光，相比只能利用紫外光的太阳能电池，进一步充分利用太阳能。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。

图1为本发明一实施例提供的太阳能电池制作方法流程图；

图2(a)～图2(e)为本发明一实施例提供的太阳能电池制作方法过程图；

图3是本发明一实施例提供的纳米线形状示意图；

图4为本发明一实施例提供的太阳能电池结构图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行。并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

实施例一

本发明至少一实施例提供一种太阳能电池制作方法，如图1所示，包括：

步骤101，形成第一电极；

步骤102，在所述第一电极上形成包括掺杂的p型光响应型半导体和n型光响应型半导体的纳米线；

步骤103，在所述纳米线上方形成第二电极。

在一可选实施例中，所述第一电极为背电极，所述第二电极为前电极；或者，所述第一电极为前电极，所述第二电极为背电极。前电极是透明电极，光线从前电极入射。即可以在背电极上生成纳米线之后，再在纳米线上方形成前电极，或者，在前电极上生成纳米线后，再在纳米线上方形成背电极。

在一可选实施例中，所述步骤102中在所述第一电极上形成由p型光响应型半导体和n型光响应型半导体掺杂的纳米线包括：

在所述第一电极上生长所述p型光响应型半导体的纳米线；

在所述纳米线周围掺杂所述n型光响应型半导体；

或者，在所述第一电极上生长所述n型光响应型半导体的纳米线；

在所述纳米线周围掺杂所述p型光响应型半导体。

在一可选实施例中，所述在所述第一电极上生长纳米线通过如下方式之一：

分子束外延(molecularbeamepitaxy，简称mbe)、化学气相沉积(简称cld)、原子层沉积(atomiclayerdeposition，简称ald)、水热法。

在一可选实施例中，所述在所述纳米线周围掺杂所述n型光响应型半导体或者在所述纳米线周围掺杂所述p型光响应型半导体包括：

在所述纳米线周围通过高温渗透或离子掺杂方式掺杂所述n型光响应型半导体，或者在所述纳米线周围通过高温渗透或离子掺杂方式掺杂所述p型光响应型半导体。

例如，所述n型光响应型半导体为ⅲa主族金属元素的氮化物，比如ga、in等的氮化物，具体的，比如为gan。

例如，所述p型光响应型半导体为ⅱb副族金属元素的氧化物。比如zn、cd、hg等金属元素的氧化物。具体的，比如为zno。

本申请中，通过生长一维纳米线，增加了光透过率、提高了太阳能的利用率，提高了载流子的迁移和分散速率，同时由于zno本身具有p型特点，即，形成一系列梯度pn结构，加速了载流子的分离效果，解决了现有载流子分离慢、传递距离长造成的光生电子空穴易复合的问题。另外，目前太阳能电池利用的主要是太阳光中的紫外光，其在太阳能中占比不到5％，限制了太阳能的进一步开发利用。本申请中，zno掺杂后与gan形成氮化镓氧化锌固溶体，其具有可见光响应的特点，可以利用可见光，相比只能利用紫外光的太阳能电池，进一步充分利用太阳能。

下面通过图2(a)～图2(e)进一步说明本申请提供的太阳能电池制作方法。

如图2(a)所示，形成背电极1，背电极为常规的用于制作电极的导电材料。例如，可以是汞(ag)/铝(al)等导电材料。

如图2(b)所示，在背电极1上通过mbe/cvd/ald/水热法的方式生长gan纳米线2。

例如，一种生长纳米线的方式为：将沉积au(金)助催化剂的背电极1放于cvd中，以三氧化二镓(ga2o3)作为前驱体，在700—900℃下，以10-100sccm的氨气作为载气，高温生长0.5—3小时，生长为gan纳米线。需要说明的是，此时生长条件仅为示例，可以根据需要使用其他生长纳米线的方式。ga2o3也可以替换为其他含镓的氧化物、有机盐、无机盐等。

如图2(c)所示，在gan纳米线2周围通过高温渗透或是离子掺杂的方式进行锌离子的扩散，形成一维可见光响应的结构的氮化镓氧化锌固溶体纳米线3。

比如，一种扩散方式为：如将gan纳米线2放于zno粉末氛围中，在500—700℃高温渗透1-3小时，形成梯度掺杂的氮化镓氧化锌固溶体；其中，zno也可以替换为其他锌的氧化物、锌的无机盐、锌的有机盐等。

比如，一种扩散方式为，将gan纳米线2放于doping设备中进行离子注入，zn离子的含量约为ga离子的10％-60％。

如图2(d)所示，在所述纳米线3上形成前电极4。前电极为透明电极材料，比如为ito(氧化铟锡。光线5从前电极4的一侧入射。

图2(e)为太阳能电池的俯视图。如图2(e)所示，包括多个氮化镓氧化锌固溶体纳米线3。氮化镓氧化锌固溶体纳米线3外部是zno，内核为gan，中间是梯度的gan/zno。图2(e)中纳米线的分布方式仅为示意，本申请不限于此。

需要说明的是，在其他实施例中，也可以先生长zno纳米线，然后再在zno纳米线的周围掺杂gan，最终生成氮化镓氧化锌固溶体纳米线。

另外，需要说明的是，也可以不形成梯度掺杂，生成pn结构的纳米线即可。

另外，图2(b)中所示的纳米线的数量及形状仅为示例，实际纳米线可以是竖直的，也可以是倾斜的，或者弯折的(如图3所示)等等。纳米线彼此之间可以是均匀分布的，也可以是无序分布的，等等。

实施例二

本实施例提供一种太阳能电池，如图4所示，包括第一电极6、第二电极8和位于所述第一电极和第二电极之间的包括掺杂的p型光响应型半导体和n型光响应型半导体的纳米线8。

例如，所述纳米线8为：p型光响应性半导体周围掺杂n型光响应型半导体，或者，n型光响应性半导体周围掺杂p型光响应型半导体。

例如，所述n型光响应型半导体为ⅲa主族金属元素的氮化物，所述p型光响应型半导体为ⅱb副族金属元素的氧化物。比如，所述n型光响应型半导体为氮化镓，所述p型光响应型半导体为氧化锌。

该太阳能电池可以基于上述太阳能电池制作方法制作，也可以使用其他方式制作。

本实施例提供的太阳能电池，光响应型半导体为纳米线结构，增加了光透过率、提高了太阳能的利用率，另外，梯度掺杂的pn结构，加速了载流子的分离效果，另外，采用zno和gan掺杂的纳米线时，具有可见光响应特性，进一步提高了太阳能的利用率。需要说明的是，本申请不限于使用太阳能，其他光线也能使用。

有以下几点需要说明：

(1)本发明实施例附图只涉及到与本发明实施例涉及到的结构，其他结构可参考通常设计。

(2)为了清晰起见，在用于描述本发明的实施例的附图中，层或区域的厚度被放大或缩小，即这些附图并非按照实际的比例绘制。可以理解，当诸如层、膜、区域或基板之类的元件被称作位于另一元件“上”或“下”时，该元件可以“直接”位于另一元件“上”或“下”，或者可以存在中间元件。

(3)在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合以得到新的实施例。

虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。