[实用新型]硅基纳米结构光伏-热电联合转换太阳能电池

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种硅基纳米结构光伏-热电联合转换太阳能电池，属于新能源技术领域。

背景技术

当今量产的太阳能电池里，95%以上是硅基的，单晶硅太阳能电池转换效率最高，技术也最为成熟，在实验室里最高的转换效率为24.7%，规模生产时的效率为15%。传统硅基太阳能光伏电池只能利用太阳光谱中能量大于硅禁带1.12eV的短波长频段光子，而太阳光谱中约53%的中红外频段光子得不到利用。即使是高能光子，硅吸收后也只有部分能量通过光伏效应得到利用，超过禁带宽度的那部分能量也因转化为晶格热能损失掉了，也就是说太阳光谱或太阳能光伏电池内部的热能在传统光伏电池结构中是得不到利用的。

发明内容

为了解决上述问题，本实用新型的目的在于提供一种硅基纳米结构光伏-热电联合转换太阳能电池，是在单晶硅太阳能光伏电池结构基础上，通过在其上表面构建硅纳米线上金属-绝缘层-半导体纳米结构，以下简称MIS-SiNWs结构；和在其下表面构建硅微通道结构，以下简称MCP结构，不仅能提高电池的光伏效率，同时还能综合利用太阳光谱中红外频段和电池上下表面温差进行热能发电。是一种新型 “光伏-热电联合转换”太阳能电池。

本实用新型的技术方案是：硅基纳米结构光伏-热电联合转换太阳能电池，是由体硅层、MIS-SiNWs结构层、MCP结构层构成。在传统单晶硅太阳能光伏电池体硅层的受光面上面通过化学湿法刻蚀技术制作硅纳米线阵列，并通过微氧化和无电镀技术制备出MIS-SiNWs结构，在体硅层上形成MIS-SiNWs结构层。在体硅层的底面刻蚀150 μm左右深硅微通道，并在其表面电镀铝薄膜，在体硅层上形成MCP结构层。在MIS-SiNWs结构层上设有电池负极，在MCP结构层上设有电池正极。

本实用新型的有益效果是：由于在单晶硅太阳能光伏电池结构基础上，通过构建MIS-SiNWs结构和MCP结构，来提高光伏效率并综合利用太阳光谱中红外频段及电池上下表面温差热电发电，可充分利用太阳能进行光伏-热电联合转换提高电能输出，是一种新型太阳能电池。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步说明。

图1是本实用新型的立体结构示意图。

图2是图1的局部剖视放大结构示意图。

图中标号

1、体硅层     2、MIS-SiNWs结构层   3、MCP结构层  

4、电池正极   5、电池负极。

具体实施方式

请参阅图1、图2，硅基纳米结构光伏-热电联合转换太阳能电池，是由体硅层、MIS-SiNWs结构层、MCP结构层构成。在传统单晶硅太阳能光伏电池体硅层1的受光面上面通过化学湿法刻蚀技术制作硅纳米线阵列，并通过微氧化和无电镀技术制备出MIS-SiNWs结构，在体硅层1上形成MIS-SiNWs结构层2。在体硅层1的底面刻蚀150 μm左右深硅微通道，并在其表面电镀铝薄膜，在体硅层1上形成MCP结构层3。在MIS-SiNWs结构层2上设有电池负极5，在MCP结构层3上设有电池正极4。

工作原理：本实用新型“硅基纳米结构光伏-热电联合转换太阳能电池” 能同时进行光电转换和热电转换。①太阳光垂直入射到该电池上表面时，首先进入MIS-SiNWs结构层２，这时会有光电转换效应发生，其工作原理与肖特基结半导体太阳能电池相同，但是由于SiNWs的纳米尺度效应，光生电子更多沿与入射光的垂直方向被收集，具有极短的输运路径；未发生光电效应的光子会继续前进进入pn结区域，产生第二次光电效应。该结构相比传统平面太阳能光伏电池在光电效率方面有较大提高。当该太阳能电池被固定角度安装后，由于MIS-SiNWs结构层２可以在更宽的角度范围内吸收太阳入射光，所以会提高太阳电池的日累积发电量。②另外在传统太阳能光伏电池的背面通过光刻和电化学方法制备有MCP结构层３，该结构因具有较大深宽比和大比表面积，具有良好的电导率和高的热阻性能。光生载流子在该结构层内会被约束在硅微通道的表面传输，减少了在体硅内复合的几率，进一步提高了太阳能电池的光电效率。③再有该结构太阳能电池具有热电转换能力。MIS-SiNWs结构层2和MCP结构层3的外表面因与环境大气接触，其表面温度与环境温度接近。而太阳光进入电池内部后，一方面高能光子产生光电子后会有部分能量转换为热能，另一方面太阳光谱中有部分红外频段光子不能产生光电效应而转换为热能被体硅层1吸收，导致体硅层1具有较高温度，形成中间热两端冷的温差，由于MIS-SiNWs结构层2和MCP结构层3都具有较高的热阻，导致MIS-SiNWs结构层2至体硅层1和MIS-SiNWs结构层2至MPC结构层3方向上产生温度梯度，即在MIS-SiNWs结构层2至体硅层1两端会产生-300 μV K^-1热电动势，在MIS-SiNWs结构层2至MCP结构层3两端产生280 μV K^-1的热电动势。因此该结构具备热电转换能力。