基于硅纳米线阵列的太阳能电池的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及太阳能电池的技术领域，特别是涉及一种基于硅纳米线阵列的太阳能电池，可用于光伏发电。
【背景技术】
[0002]由于太阳能丰富且清洁，对广泛的能源相关应用而言，光伏器件极具吸引力。然而，目前硅基和其他太阳能电池的光电转化效率低，使太阳能电池的成本较高，阻碍了其发展和应用。太阳能电池的光电转化率定义为太阳能电池的电输出与太阳能电池表面区域入射的太阳能之比。在实际太阳能电池的制作中，有很多因素限制着器件的性能，因而在太阳能电池的设计和材料的选择等方面必须考虑这些因素的影响。
[0003]为了提高太阳能电池的光电转化率，需要采用陷光技术。当光经过这些结构时，光束会发生散射，散射光以较大的入射角进入薄膜电池的吸收层，由于吸收层材料的折射系数通常比周围材质的折射率高，大角散射的光束在吸收层中易于发生全反射。全反射光束在吸收层中来回振荡，直至被吸收层吸收生成光生载流子。这样通过陷光技术，可以有效提高薄膜太阳能电池的光吸收，从而提高电池转化效率。
[0004]现有的太阳能电池表面的陷光结构通常采用三维倒梯形结构，剖面如图2所示。其结构自上而下分别为:金属电极1、ΙΤΟ氧化铟锡透明导电薄膜2、P型非晶硅层3、本征非晶硅层4、N型硅衬底5、背电极6。衬底表面通过湿法刻蚀，形成拥有三维倒梯形重复单元的表面，再在其上采用等离子体化学气相淀积PECVD沉积本征非晶硅层和P型非晶硅层，形成具有三维倒梯形陷光结构的能量转换机构。当光入射电池表面光线会在其表面连续反射，增加光在电池表面陷光结构中的有效运动长度和反射次数，从而增大能量转换机构对光的吸收效率。但是这种结构由于绒面尺寸不均匀且分布较广，使得衬底表面缺陷密度大大增加，在正表面难以获得高质量的绒面陷光，不易降低衬底对光的反射系数。
【实用新型内容】
[0005]本实用新型目的在于针对现有技术的不足，提出了一种基于硅纳米线阵列的太阳能电池，以减少光的反射，提高对光子的吸收和利用，改善太阳能电池的转化效率。
[0006]为实现上述目的，本实用新型提出的基于硅纳米线阵列的太阳能电池，包括背电极6和N型硅衬底5，其特征在于:N型硅衬底5的上表面采用纳米线阵列结构，该纳米线阵列结构上表面依次层叠有本征非晶硅层4、P型非晶硅层3和ITO氧化铟锡透明导电膜2，纳米线阵列结构的顶端设有正电极I。
[0007]作为优选，所述的P型非晶硅层3和本征非晶硅层4的厚度均为10-15nm。
[0008]作为优选，所述的纳米线阵列中每根硅纳米线的直径为40-80nm，长度为5-10 μm0
[0009]作为优选，所述的N型硅衬底5厚度为200-400 μ m。
[0010]作为优选，所述的正电极I采用厚度为20nm/20nm/40nm的钛-镲-销多层金属材料。
[0011]作为优选，所述的背电极6采用厚度为60nm的金属铝材料。
[0012]本实用新型由于N型硅衬底表面采用纳米线结构，具有良好的陷光效果，且提高了载流子的收集效率，改善了太阳能电池的能量转化效率。
【附图说明】
[0013]图1是本实用新型的剖面结构示意图。
[0014]图2是现有非晶硅太阳能电池结构示意图。
【具体实施方式】
[0015]参照图1，本实用新型给出如下三个实施例:
[0016]实施例1:
[0017]本实例的太阳能电池包括正电极1、ITO氧化铟锡透明导电膜2、P型非晶硅层3、本征非晶硅层4、N型硅衬底5和背电极6，其中背电极6位于N型硅衬底5背面，N型硅衬底5的上表面采用纳米线阵列结构，本征非晶硅层4、P型非晶硅层3和ITO氧化铟锡透明导电膜2依次层叠在该纳米线阵列结构表面，正电极I设置在纳米线阵列结构的顶端。所述正电极I采用厚度为20nm/20nm/40nm的钛-镲-销多层金属材料；所述P型非晶娃层3与本征非晶娃层4厚度均为1nm ;所述娃纳米线阵列中，每根娃纳米线的直径为40nm，长度为5 μm ;所述N型硅衬底5厚度为200 μm ;所述背电极6采用厚度为60nm的金属铝材料。
[0018]实施例2:
[0019]本实例的太阳能电池结构与实施例1相同，即采用硅纳米线阵列结构的太阳能电池，其参数变化如下:
[0020]所述P型非晶硅层3与本征非晶硅层4厚度均为13nm ;所述硅纳米线阵列中，每根硅纳米线的直径为60nm，长度为8 μπι;所述N型硅衬底5厚度为300 μπι。
[0021]实施例3:
[0022]本实例的太阳能电池结构与实施例1相同，即采用硅纳米线阵列结构的太阳能电池，其参数变化如下:
[0023]所述P型非晶硅层3与本征非晶硅层4厚度均为15nm ;所述硅纳米线阵列中，每根硅纳米线的直径为80nm，长度为10 μπι;所述N型硅衬底5厚度为400 μπι。
[0024]该实用新型的制作是:先在N型硅衬底5上表面通过干法刻蚀形成纳米线阵列结构；再在该纳米线阵列结构的表面依次通过淀积形成本征非晶硅层4和P型非晶硅层3、通过溅射形成ITO氧化铟锡透明导电膜2 ;接着在纳米线阵列结构的顶端通过电子束蒸发形成多层金属正电极I ;最后在N型硅衬底5背面蒸发金属铝形成背电极6。本实用新型具有良好的陷光效果，同时有利于载流子收集效率的提高，改善了太阳能电池的转换效率。
【主权项】
1.一种基于硅纳米线阵列的太阳能电池，包括背电极(6)和N型硅衬底(5)，其特征在于:N型硅衬底(5)的上表面采用纳米线阵列结构，该纳米线阵列结构表面上依次层叠有本征非晶硅层(4)、P型非晶硅层(3)和ITO氧化铟锡透明导电膜(2)，纳米线阵列结构的顶端设有正电极(I)。
2.根据权利要求1所述的基于硅纳米线阵列的太阳能电池，其特征在于:P型非晶硅层(3)和本征非晶硅层⑷的厚度均为10-15nm。
3.根据权利要求1所述的基于硅纳米线阵列的太阳能电池，其特征在于:N型硅衬底(5)表面的娃纳米线阵列中，每根娃纳米线的直径为40-80nm，长度为5-10μηι。
4.根据权利要求1所述的基于硅纳米线阵列的太阳能电池，其特征在于:Ν型硅衬底(5)厚度为 200-400 μ m。
5.根据权利要求1所述的基于硅纳米线阵列的太阳能电池，其特征在于:正电极(I)采用厚度为20nm/20nm/40nm的钛-镲-销多层金属材料。
6.根据权利要求1所述的基于硅纳米线阵列的太阳能电池，其特征在于:背电极(6)采用厚度为60nm的金属销材料。
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于硅纳米线阵列的太阳能电池。其包括背电极(6)和N型硅衬底(5)，其中N型硅衬底(5)的上表面采用纳米线阵列结构，每根硅纳米线的直径为40-80nm，长度为5-10μm；该纳米线阵列结构表面依次层叠有本征非晶硅层(4)、P型非晶硅层(3)和ITO氧化铟锡透明导电膜(2)，纳米线阵列结构的顶端设有正电极(1)。本实用新型由于采用硅纳米线阵列结构，具有良好的陷光效果，且提高了载流子的收集效率，有利于提高换能机构对光子的吸收和利用，改善了太阳能电池的转换效率，可用于光伏发电。
【IPC分类】H01L31-18, H01L31-0352
【公开号】CN204315594
【申请号】CN201520042039
【发明人】张婷, 郭辉, 黄海栗, 苗东铭, 胡彦飞, 张玉明
【申请人】中电投西安太阳能电力有限公司
【公开日】2015年5月6日
【申请日】2015年1月21日