[发明专利]一种硅基纳米线太阳电池的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种硅基纳米线太阳电池的制备方法，特指利用纳米硅、氧化铝和氧化锌纳米线制备氧化锌/纳米硅nip/氧化铝或氧化锌/纳米硅nip/纳米硅nip/氧化铝结构的纳米线太阳电池，属于太阳能电池器件制备技术领域。

背景技术

能源紧缺、环境破坏使得清洁能源的太阳能电池在全球范围内受到极大的关注，很多国家政府及民间组织投入了大量人力及财力开发和生产属清洁能源的太阳能电池；一直以来，太阳电池研究的两个任务就是降低成本和提高转化效率，通过各种减反射膜和硅表面织构化技术改进电池的光学性能是提高太阳电池性能的一条重要途径；除此之外，利用各种新型纳米结构，以实现高转换效率、低生产成本的第三代太阳电池。

目前基于硅材料的纳米线太阳电池主要开展了以下研究：（1）纳米线结构作为减反层（2）轴向和径向p-n结(或p-i-n)纳米线电池（3）单根纳米线电池；文献【E. C. Granett, P. D.Yang, Silicon nanowires radial p-n junction solar cells, Journal of the American Chemical Society, 2008, 130 ( 29) : 9224- 9225；L. Tsakalakos, J. Balch, J. Fronheiser, B. A. Korevaar, O. Sulima, and J. Rand, Applied Physics Letters, 2007, 91:233117】报道了晶体硅纳米线和非晶硅薄膜相结合制备的径向p-n结太阳电池，但电池效率较低；文献【Lieber C M, Tian B Z, Zheng X L, et al. Coaxial silicon nanowires as solar cells and nanoelectr onic power sources. Nature, 2007, 449: 8852889.】报道了哈佛大学Charles M. Lieber 课题组在导电玻璃或金属衬底上采用气相-液相-固相(VLS) 方法制备中心p 型非晶硅纳米棒, 接着在高温低压状态下用等离子体增强化学气相淀积法( PECVD) 生长i 型外壳, 最后掺杂形成最外层的n 型结构。

总体来说利用低品质硅材料上制作径向硅纳米线太阳电池，或在氧化锌纳米线上生长非晶硅薄膜，有利于提高光吸收，提高电池效率，降低电池的材料成本，但目前，Si 基纳米线太阳电池的研究尚处于实验室阶段，而且效率较低，在5 %左右。其中研究较多的是在硅基底上通过各种方法形成纳米线，然后通过扩散形成pn电池结构；或在硅纳米线外再利用气相化学沉积方法制备非晶硅薄膜，制成pin电池结构，径向p-n结虽然有利于载流子的收集，并且被理论预计有较高的转换效率，但较高的表面复合速率和较差的电极接触造成了纳米线电池的低效率。

经国内专利检索，硅纳米线/非晶硅异质结太阳能电池（CN101262024A）专利和一种新型结构硅纳米线太阳能电池（CN101369610A）专利利用湿法腐蚀工艺制备硅纳米线，并利用PECVD技术在P型单晶硅纳米线上生长非晶硅，分别形成pn和pin结构，随后利用磁控溅射方法制备ITO透明导电膜。

纳米硅薄膜是一种呈现量子化效应的半导体材料，具有比非晶硅薄膜更优越的性能，纳米晶硅是纳米尺寸的晶粒和非晶硅的混合体，相对于非晶硅，其载流子迁移率高，吸收系数高，通过调节晶化率，纳米晶粒的尺寸和薄膜中氢的含量，可以在较大范围内调节纳米硅薄膜的平均禁带宽度，从而提高纳米硅薄膜对光谱的吸收范围。

本发明首先在金属衬底或透明导电膜上生长掺杂氧化锌（AZO）纳米线，再利用PECVD方法在AZO纳米线上制备纳米硅层，不同于目前报道的纳米线电池从内至外采用的p-n或pin径向结构，而是形成nip结构或nipnip叠层结构径向纳米线太阳电池；利用原子层沉积（ALD）技术在P型纳米硅层上制备氧化铝(Al₂O₃)钝化层；利用原子层沉积技术制备制备透明导电薄膜，改善纳米线的电极接触性能。

发明内容