[发明专利]一种非晶硅纳米线微晶硅薄膜双结太阳能电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种太阳能电池，尤其是涉及一种非晶硅纳米线微晶硅薄膜双结太阳能电池。 

背景技术

光伏产业在近些年取得了很大的进步，占据市场主导地位的硅太阳能电池的转化效率已经可以达到25％。同时，利用薄膜技术可以生产出叠层太阳能电池，而使用光吸收性能优异的Ⅲ-Ⅴ族材料实现了目前最高的电池效率(43％)。然而，因为相对昂贵的材料和生产加工成本，高效率的多结太阳能电池还没能在民用领域大量使用。如今，太阳能电池的生产技术相对来讲已经很成熟，而太阳能电池的转化效率还有很大的提升空间，所以太阳能电池的转化效率就成为了整个光伏产业发展最关键的因素。发展光伏产业的最终目标就是要实现太阳能电池的工业化大规模生产，并且使得太阳能发电相较于其他传统发电方式更加经济实惠。 

高效率的太阳能电池必须满足两个主要的要求，一是在宽光谱范围内具有高吸收，二是在能量转化中具有较低的热损失，基于以上要求而提出和发展了多结太阳能电池[Physics of Solar Cells:From Principles to New Concepts(Wiley-VCH,2005)]。纳米线电池因为在电池内部可以形成多种光波导模式，具有聚光效应，能有效增强电池的光吸收，所以纳米线电池可以实现使用少量的光敏材料而达到甚至超过薄膜电池的转换效率[Nano Lett.10,1082–1087(2010)]。研究发现，纳米线阵列的聚光效应可以认为是电池中色散光波导模式的叠加，而光波导模式的强弱和数量主要决定于电池的结构。由此，通过调节纳米线阵列电池的结构参数，可以使得电池在整个太阳光谱范围内具有理想的光吸收。有鉴于此，在2011年，一种多晶硅纳米线太阳能电池曾被提出，即通过生长多晶硅纳米线阵列作为吸收层，再分别沉积氮化硅为抗反射层、In₂O₃:Sn薄膜为导电层，减小了电池的表面复合，使得内部载流子可以更加有效的收集，短路电流增大，相对于此前报道的4.73％的光电转化效率，进一步提高了约48％(中国发明专利号：CN 102227002A，申请号:201110143760.4)。然而，对于现有的双结叠层薄膜太阳能电池，为了实现顶电池和底电池的电流匹配，顶电池的非晶硅层相对较厚，导致非晶硅的光致衰退效应明显，光电性能不稳定，电池寿命低。同时，由于非晶硅中载流子的寿命和扩散长度较短，较厚的吸收层不利于载流子的收集，降低了电学性能。 

发明内容

本发明目的是：提供一种具有多种光的波导模式、太阳光吸收率及光电转换效率高的非晶硅纳米线微晶硅薄膜双结太阳能电池。 

本发明的技术方案是：一种非晶硅纳米线微晶硅薄膜双结太阳能电池，包括自下而上依次平行设置的金属反射层、基底层、透明背部电极层、微晶硅薄膜层、中间层、绝缘层和非晶硅纳米线阵列层，所述非晶硅纳米线阵列层包括多个垂直于所述绝缘层且间隔设置的非晶硅纳米线，所述非晶硅纳米线包括依次由外而内且径向设置的p型非晶硅层、i型非晶硅层、n型非晶硅核，所述绝缘层上设有多个与所述n型非晶硅核一一对应设置的纳米孔，所述n型非晶硅核向下延伸到其对应的纳米孔内部并与所述中间层的上表面接触，所述p型非晶硅层和所述i型非晶硅层设于所述绝缘层的上表面，同时在所述绝缘层未覆盖非晶硅纳米线区域填充有透明电极间隔层。 

进一步地，所述非晶硅纳米线的长度及所述透明电极间隔层的厚度均为200～400nm； 

相邻非晶硅纳米线之间的轴心间距为500～1000nm； 

所述非晶硅纳米线的直径为200～800nm，其中所述p型非晶硅层的厚度及所述n型非晶硅核的半径各为20～50nm。 

进一步地，所述微晶硅薄膜层包括自下而上依次平行设置的n型微晶硅薄膜层、i型微晶硅薄膜层、p型微晶硅薄膜层。 

进一步地，所述微晶硅薄膜层的厚度为1500～3000nm，其中所述n型微晶硅薄膜层及所述p型微晶硅薄膜层的厚度各为10～30nm。 

进一步地，所述金属反射层的厚度为100～200nm； 

所述基底层的厚度为300～3000μm； 

所述透明背部电极层的厚度为50～100nm； 

所述中间层的厚度为10～30nm； 

所述绝缘层的厚度为10～30nm。 

更进一步地，所述金属反射层为Ti、Pd或Ag金属反射层； 

所述基底层为SiO₂玻璃基底层；