[发明专利]基于仿生蛾眼半导体异质结太阳能电池及其制造方法

说明书

技术领域

本发明属于太阳能电池技术领域，特别涉及基于仿生蛾眼半导体异质结太阳能电池及其制造方法。

背景技术

半导体异质结太阳能电池是现有太阳能电池中的一种重要结构，它由两种能带结构不同的半导体材料构成，在接触面上能带发生弯曲或突变，形成内建电场，从而为光生伏打效应在半导体中产生的载流子的分离提供了条件。由于半导体材料的多样性，构成异质结太阳能电池的材料的选择也十分灵活。目前，半导体异质结太阳能电池中使用最多的是非晶硅/单晶硅异质结，InGaP/GaAs异质结，CdS/CdTe异质结，有机体异质结等。太阳能电池的能量转换效率取决于多种因素，其中减少入射光反射率是提高太阳能电池效率的有效途径之一。现有的异质结太阳能电池通常采用平面结构，而平面结构往往不能有效的利用入射光能量，如平面硅在可见光范围内的反射率高达30％以上，造成了大量能量的损失。目前普遍采用减反膜如氧化硅，氮化硅来降低反射，减反膜是基于光的干涉原理，其厚度为波长的1/4或1/2，由于单层减反膜只对单一波长具有较好的减反作用，所以若需要对较宽范围内的光波都具有良好的反射效果，往往需要多层减反膜，这势必会增加制造成本，并且减反膜的质量依赖于工艺条件，因此限制了减反膜的效果。

自然界中，飞蛾的眼睛具有特殊的立体六角蜂窝状微观结构，其轮廓线比光线的波长还小，因此，大多数的入射光线都被蜂窝状结构所吸收。飞蛾眼睛不反射光线的这一特点，可以应用于太阳能电池中。通过模拟蛾眼结构，能够有效地减小入射光的反射。当光线入射到半导体柱状阵列表面，入射光线在柱壁间进行多次反射，增长了光的传播路径，增强了半导体对入射光的吸收，从而有利于提高太阳能电池的能量转换效率。另外，当另一种半导体材料填充到柱阵列之间，由于柱阵列具有比平面结构更大的表面积，因而增大了有效结面积，能够产生更多的电子-空穴对，有利于提高太阳能电池的能量转换效率。

基于半导体阵列的仿生蛾眼结构只增加一步工艺，利用半导体本身而不引入其他材料，制备工艺简单，成本低，不仅具有减反作用，还具有增大结面积的优点，具有较高的能量转换效率，因而在太阳能电池结构中具有重要的应用前景。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于仿生蛾眼半导体异质结太阳能电池及其制造方法，具有制备简单、成本低、能量转换效率高的特点，所制备的电池具有减少入射光反射的特点。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

基于仿生蛾眼半导体异质结太阳能电池，包括单晶半导体衬底1，单晶半导体衬底1上面淀积隔离层2，单晶半导体衬底1背面淀积金属背电极3，在隔离层2上开窗口形成有效结区，在结区中制备有仿生蛾眼阵列4，在隔离层2的窗口周围淀积有金属前电极5，在仿生蛾眼阵列4上制备有另一种半导体材料6。

基于仿生蛾眼半导体异质结太阳能电池的制造方法，包括以下步骤：

一、在单晶半导体衬底1上淀积氧化硅(SiO₂)或氮化硅(Si₃N₄)作为隔离层2；

二、在单晶半导体衬底1背面淀积金属作为背电极3；

三、通过湿法腐蚀隔离层2形成窗口，露出单晶半导体衬底1表面，用于定义异质结面积和光照区域，在此区域中再通过光刻和干法刻蚀形成半导体仿生蛾眼阵列4；

四、采用剥离(lift-off)的方法在隔离层2的窗口周围淀积金属形成金属前电极5；

五、通过蒸发、旋涂或转移的方法在单晶半导体衬底1的仿生蛾眼阵列4上制备半导体材料6，并与金属前电极5接触，最终形成异质结太阳能电池。

所述的单晶半导体衬底1为硅(Si)、砷化镓(GaAs)、磷化铟(InP)或氮化镓(GaN)中的一种。

所述的隔离层2为SiO₂或Si₃N₄。

所述金属背电极3采用溅射或电子束蒸发的钛(Ti)/钯(Pd)/金(Au)或钛(Ti)/钯(Pd)/银(Ag)叠层结构，与单晶半导体衬底1形成欧姆接触。

所述的仿生蛾眼阵列4是采用反应等离子体刻蚀(RIE)或电感耦合等离子体刻蚀(ICP)制备的圆柱、方柱或不规则柱形，阵列的排布是三角阵、方阵或不规则排列，圆柱的直径为200nm-2μm，高度为100nm-10μm，间距为100nm-2μm。

所述金属前电极5采用溅射或电子束蒸发的钛(Ti)/金(Au)叠层结构，与半导体材料6形成欧姆接触。