[发明专利]一种硅纳米线阵列结构硅薄膜太阳电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及太阳电池技术领域，尤其涉及一种硅纳米线阵列结构硅薄膜太阳电池及其制备方法。

背景技术

随着对能源需求的不断增加，可再生能源，尤其是太阳能，越来越受到人们的重视，光伏应用作为太阳能利用的重要途径一直是研究的热点。近几年，具有半导体硅纳米线结构的太阳电池引起了人们的广泛关注，由于其减反射以及强吸收的光学性质和高载流子迁移率的电学性质，使得硅纳米线结构已成为光伏材料的有力候选者。这种新型电池在提高电池的转换效率、降低生产成本等方面将可能成为很有发展潜力的太阳电池。

图1是现有技术中通过无酸处理制造的硅纳米线阵列结构硅薄膜太阳电池的结构示意图。如图1所示，该硅纳米线阵列结构包括衬底1和形成在衬底1上的n型硅薄膜2、硅纳米线3，以及覆盖于n型硅薄膜2和硅纳米线3的本征硅薄膜层4、非晶掺杂硅层5和透明导电薄膜6。由于现有技术通过固-液-气(VLS)机制生长的纳米线，生长过程中一般要用金属催化剂，硅原子融入该金属液滴过饱和后析出，形成硅纳米线3，因而硅纳米线的顶端会残留用作催化剂的金属纳米颗粒7。金属纳米颗粒7的存在本身作为复合中心，会加剧光生载流子的复合，从而严重影响电池性能。另外金属纳米颗粒会影响本征硅薄膜的沉积质量，降低电池性能。因此，清除金属纳米颗粒，降低界面处缺陷态密度，改善电池薄膜质量，对提高电池的效率具有很重要的意义。

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本发明所要解决的技术问题是提供一种具有改进性能的硅纳米线阵列结构硅薄膜太阳电池，以解决纳米线太阳电池开路电压较低的问题。

(二)技术方案

为解决上述技术问题，本发明提出一种硅薄膜太阳电池，包括硅纳米线阵列结构，该硅纳米线阵列结构包括形成在衬底上的多个硅纳米线，所述衬底的表面在形成硅纳米线之前具有作为催化剂的金属薄膜，其特征在于：所述硅纳米线的顶端不具有所述金属薄膜的金属材料。

根据本发明的一种具体实施方式，所述硅纳米线上覆盖有多个功能层。

根据本发明的一种具体实施方式，所述催化剂为掺锡氧化铟或氧化锡，所述金属纳米颗粒为金属铟或锡纳米颗粒。

根据本发明的一种具体实施方式，所述功能层为本征硅薄膜层和p型非晶硅层，所述硅纳米线为n型掺杂，由此形成n-i-p径向结构。

本发明还提出一种制造硅薄膜太阳电池的方法，所述硅薄膜太阳电池包括硅纳米线阵列结构，所述方法包括：在覆盖有作为催化剂的金属薄膜的衬底上形成硅纳米线，之后，将其放入一定浓度的酸溶液中，清除硅纳米线顶端的金属。

根据本发明的一种具体实施方式，所述方法包括如下步骤：

步骤S1：在一个衬底上溅射形成作为催化剂的金属薄膜；

步骤S2：使所述催化剂薄膜形成金属纳米颗粒；

步骤S3：在衬底上具有金属纳米颗粒的地方形成硅纳米线；

步骤S4：对硅纳米线进行酸处理，去除所述纳米线顶端的金属纳米颗粒；

步骤S5：在所述硅纳米线的表面形成覆盖该硅纳米线的其他功能层。

根据本发明的一种具体实施方式，所述衬底为不锈钢衬底、带有透明导电膜的玻璃或聚脂膜。

根据本发明的一种具体实施方式，所述催化剂为掺锡氧化铟或氧化锡，所述金属纳米颗粒为金属铟或锡纳米颗粒。

根据本发明的一种具体实施方式，所述硅纳米线为n型掺杂，所述功能层为本征硅薄膜层和p型非晶硅层，由此形成n-i-p径向结构。

根据本发明的一种具体实施方式，所述步骤S4为：将沉积有n型硅纳米线的不锈钢衬底放入浓度为2％～5％的酸溶液中，反应5分钟～10分钟。

(三)有益效果

本发明通过清除硅纳米线顶端的金属纳米颗粒，减少了硅纳米线表面缺陷态，并有利于沉积高质量的本征硅薄膜。本发明的太阳电池的开路电压得到明显改进，电池转换效率有较大提高，对太阳电池的生产和推广使用具有重要意义。

附图说明

图1是现有技术中通过无酸处理制造的硅纳米线阵列结构硅薄膜太阳电池的结构示意图；

图2是经过酸处理后的硅纳米线阵列结构硅薄膜太阳电池示意图；

图3是硅纳米线阵列结构硅薄膜太阳电池经过酸处理前后的光电流密度-电压测试曲线对比；

图4A和图4B是n型硅纳米线样品经过酸处理前后背散射电子模式下的扫描电子显微镜(SEM)图像：图4A表示处理前，图4B处理后。

具体实施方式