[发明专利]一种光伏器件及太阳能电池

说明书

技术领域

本发明涉及光电转换材料领域，特别是涉及一种光伏器件以及含有该光伏器件的太阳能电池。

背景技术

人类进入二十一世纪，环境污染和能源短缺已愈来愈制约着社会的可持续发展。太阳能等可再生能源技术代表了清洁能源的发展方向，作为最具可持续发展理想特征的太阳能光伏发电将进入人类能源结构并成为基础能源的重要组成部分。我国也已经将其作为构建和谐可持续发展的新型社会的重要基础条件列入国家中长期科技发展规划中。从广泛的意义讲，地球上的能源归根结底都来自于太阳。除核能和地热能等可以认为是在地球形成过程中储存下来的能量以外，其它所有能源都源于太阳发生的热核反应所释放的巨大能量，包括可再生能源和化石能源。太阳发射出的总辐射能量大约为3.75×10²⁶W，考虑到地球大气层的反射和吸收之后，一年中地球表面所接受的太阳能高达1.05×10¹⁸KWh，大约是本世纪初全球初级能源消耗总量的一万倍。太阳给人类带来了光明，也给人类带来了取之不尽、用之不竭的自然能源，使我们看到未来的希望。

提高太阳能电池的效率，必须从以下四个方面寻求突破：1)实现太阳能电池对太阳光全光谱的吸收，即陷光效应；2)增强光子转换成电子的效率，即光电效应；3)改善光生载流子的运输和提高电极采集的能力，即光伏效应；4)增加光伏电压，亦即光伏效应。目前的研究中，低维材料复合界面结构在太阳能电池中的应用及对光吸收的影响方面开始受到关注，主要研究在以下几方面：

(1)本发明的发明人之一制备了非金属纳米线(硅纳米线)，应用于硅基薄膜电池获得陷光效果^[1]；

(2)Vassilios利用金属纳米球构成陷光结构^[2]；

(3)Daniel Inns利用非金属微球(硅纳微球)作为电池光反射结构实现陷光结构^[3]；

(4)HarryA.Atwater通过模拟计算金属纳米球与太阳电池的接触，可以实现三重效果，a)在电池表面构成陷光结构；b)在半导体层与透明电极界面构成陷光结构；c)在吸光区与背电极界面构成表面等离子激元结构实现陷光功能^[4]；

(5)本发明的发明人之一在电池背面通过铜纳米线与碲化镉电池背接触，通过退火重掺，获得隧道结结构，提高了电池性能[5]。

但是，通过可控的低维材料与电池的复合界面工程，系统突破如上所述的陷光效应、光电效应和光伏效应在太阳能电池中的应用及对光吸收的影响尚未有相关的研究报道。

参考文献

[1]Hang Zhou，Alan Colli，Arman Ahnood，Yang Yang，Nalin Rupesinghe，Tim Butler，Ibraheem Haneef，Pritesh Hiralal，Arokia Nathan，Gehan A.J.Amaratunga，Arrays of Parallel Connected Coaxial Multiwall-Carbon-Nanotube-Amorphous-Silicon Solar Cells，Adv.Mater.，21，3919-3923，2009.

[2]Vassilios Yannopapas，Nikolay V.Vitanov，Ultra-subwavelength focusing of light by a monolayer of metallic nanoshells with an adsorbed defect，phys.stat.sol.(RRL)2，287-289，2008.

[3]Daniel Inns，Lei Shi，Armin G.Aberle，Silica Nanospheres as Back Surface Reflectors for Crystalline Silicon Thin-film Solar Cells，Prog.Photovolt：Res.Appl.，16，187-194，2008.

[4]Harry A.Atwater，Albert Polman，“Plasmonics for improved photovoltaic devices”Nature Material，9，205-213，2010.