[实用新型]一种多晶硅薄膜太阳能电池

说明书

技术领域

本实用新型涉及多晶硅太阳能电池领域，是一种基于ZnO纳米阵列的多晶硅薄膜太阳电池结构。 

背景技术

ZnO／Si异质结太阳能电池是一种双能带结构，不仅能够有效提高太阳能电池光-电转换效率，还能有效地降低太阳能电池的成本。 

在薄膜太阳能电池方面，国内外采用各种方法在Si基片上制备ZnO薄膜来制备ZnO／p-Si、ZnO／n-Si、n—ZnO／n-Si异质结太阳能电池。到目前为止，n-ZnO／n-Si异质结最高光伏转换效率为8.5％，n-ZnO／p-Si异质结最高光伏转换效率为6.8％，在理论上还有提升的空间。在有机太阳能电池方面，采用TiO₂平整膜与聚合物杂化的太阳能电池光电转换效率仅为0.09%，而采用相同工艺制备的TiO₂纳米阵列和ZnO纳米阵列与聚合物杂化的太阳能电池，最高效率达到0.29％，充分体现出纳米阵列在提高光伏转换效率方面的优势。 

目前纳米阵列用于ZnO／Si异质结薄膜太阳能电池，在电池结构上是采用在Si基片上制备ZnO纳米阵列，目前还未出现在ZnO纳米阵列基础上沉积多晶硅薄膜的结构。在Si基片上制备ZnO纳米阵列结构中与Si基底接触的并不是真正的ZnO纳米棒，而是ZnO籽晶层，ZnO籽晶层与Si之间存在较高的缺陷密度，不利于激子的快速分离与转移。相反，在ZnO纳米阵列上沉积多晶硅薄膜，Si直接在ZnO纳米棒上形核生长，ZnO纳米阵列可以直接深入至Si薄膜的内部，实现多晶硅薄膜全面包覆ZnO纳米棒，不仅减小两者之间的缺陷密度，而且大大增加了两者的接触面积，有利于激子的快速分离，减少复合的几率。 

本实用新型在结构上克服了在Si基片上制备ZnO纳米阵列结构的不足，充分利用了纳米棒提高光伏转换效率的优势。提出先在FTO或AZO透明导电玻璃上制备ZnO籽晶层，在籽晶层上生长ZnO纳米阵列，再在纳米阵列基础上沉积P型多晶硅薄膜，形成多晶硅薄膜全面包覆ZnO纳米棒的ZnO／Si异质结太阳能，多晶硅薄膜完全包覆ZnO纳米阵列，充分发挥纳米阵列的作用，更大程度上传递光生载流子，降低界面复合几率，提高输出效率。 

本实用新型中N型ZnO纳米阵列与P型Si薄膜所需的掺杂元素为同一种或同一族元素，既能形成有效的PN结，提高电池的开路电压，又能避免在制备或使用过程中掺杂元素互扩散导致的电池性能变化。 

发明内容

本实用新型的目的是研究开发新型多晶硅太阳能电池，获得基于ZnO纳米阵列的n—ZnO／p—Si异质结太阳能电池原型器件。 

本实用新型的技术方案是： 

(1)在FTO或AZO透明导电玻璃衬底上制备ZnO籽晶层； 

(2)在ZnO籽晶层上生长N型掺杂ZnO纳米阵列； 

(3)在N型ZnO纳米阵列基础上制备P型掺杂多晶硅薄膜，形成多晶硅薄膜包覆ZnO纳米阵列结构，最后在P型多晶硅薄膜上蒸镀金属电极，形成n-ZnO／p-Si异质结太阳能电池。 

有益成果 

本实用新型提供了一种新型多晶硅薄膜太阳能结构： 

(1)利用纳米阵列的优势，克服在Si基片上制备ZnO纳米阵列结构的不足，采用多晶硅薄膜在ZnO纳米阵列基础上生长制备的结构。ZnO纳米阵列可以直接深入至Si薄膜的内部，实现多晶硅薄膜全面包覆ZnO纳米棒，充分利用纳米阵列结构对光生载流子特有的光电传输分离效应，有效传递光生载流子，降低界面复合几率，提高输出效率。 

(2)本实用新型中N型ZnO纳米阵列与P型Si薄膜所需的掺杂元素为同一种或同一族元素，既能形成有效的PN结，提高电池的开路电压，又能避免在制备或使用过程中掺杂元素互扩散导致的电池性能变化。 

附图说明

图为一种基于ZnO纳米阵列的多晶硅薄膜太阳能电池的结构示意图； 

附图标记：1.FTO透明导电玻璃衬底；2.ZnO籽晶层；3.N型ZnO纳米阵列；4.P型多晶硅薄膜；5.金属电极。 

具体实施方式