[发明专利]一种硅纳米线太阳能电池装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种硅纳米线太阳能电池装置，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，太阳能以其独有的优势而成为可再生能源的焦点。假如把地球表面0.1％的太阳能转为电能，转变率5％，每年发电量可达5.6×10¹²千瓦小时，相当于目前世界上能耗的40倍。因而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]。

纳米材料应用于太阳能电池上能够极大地提高光电转换效率，有望为绿色能源的发展带来革命性的变化。1991年，瑞士洛桑高等理工学院Gratzel教授率先发明了二氧化钛纳米晶薄膜染料敏化太阳能电池[B.O’Regan，M.，Alow-cost，high efficiency solar cell based ondye-sensitized colloidal TiO₂ films.Nature 1991，353，737-740.]，其光电能量转换率在AM 1.5模拟日光照射下可达7.1％，接近了多晶硅电池的转换效率。2005年美国加州大学的杨培东教授课题组首次采用一维ZnO纳米线作为太阳能电池的阳极材料，该电池的光电转换效率可达1.5％[M.Law，L.E.Greene，J.C.Johnson，et al.Nanowire dye-sensitized solar cells.NatureMaterials 2005，4，455-459.]。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，因此基于硅纳米结构的太阳能电池正受到越来越多的重视。

在我们发明的制备大面积纳米硅线阵列的技术基础上[参见：中国专利CN1382626；中国专利 申请号2005100117533；Kuiqing Peng，Mingliang Zhang，Aijiang Lu，NingBew Wong，Ruiqin Zhang，Shuit-Tong Lee.Ordered Si nanowire arrays via Nanosphere Lithography andMetal-induced etching.Applied Physics Letters 2007，90，163123]，我们设计了一种基于我们具有自主知识产权技术制备的硅纳米线的无机有机物混合异质结太阳能电池装置。相对传统的硅太阳能电池，硅纳米线/有机物混合异质结太阳能电池是一种新型，成本低的纳米结构太阳能电池。

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，光电转换效率高的硅纳米线太阳能电池装置。

本发明提出的硅纳米线阵列太阳能转换装置，它含有Ti/Pd/Ag栅形电极、n型有机物半导体、p型纳米硅线、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)Ti/Pd/Ag栅形电极，位于n型有机物半导体之上，其作用是作为正面引出电极；

(2)n型有机物半导体层(如[6，6]-phenyl C₆₁ butyric acid methyl ester)位于p型纳米硅线阵列层之上，其作用是与p型纳米硅线形成p-n异质结，产生光生伏特效应；

(3)p型纳米硅线位于P型硅基底层之上，其作用是与n型有机物半导体形成p-n异质结，产生光生伏特效应，同时也作为太阳能电池的减反射层；

(4)P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电场；