[发明专利]一种可控阵列纳米线太阳能电池及其制备方法

权利要求书

1.一种可控阵列纳米线太阳能电池，其特征在于，所述太阳能电池包括：衬底、N型掺杂层、N型纳米线、多量子阱、P型掺杂层、绝缘材料、P型电极和N型电极；其中，在衬底上生长N型掺杂层；在N型掺杂层的一部分上形成周期性排布的N型纳米线，构成阵列纳米线，与衬底的表面垂直；在N型纳米线外生长多量子阱包裹N型纳米线，构成核-壳结构；在核-壳结构外生长P型掺杂层，包裹核-壳结构；在生长了P型掺杂层的核-壳结构之间填充绝缘材料，并且绝缘材料不覆生长了P型掺杂层的盖核-壳结构的顶端；在包裹核-壳结构的P型掺杂层的顶端形成P型电极；在N型掺杂层的一部分上形成N型电极；所述N型纳米线的材料采用II-VI族或III-V族的材料；所述N型纳米线的材料、掺杂的浓度和掺杂原子均与N型掺杂层一致。

2.一种如权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述N型纳米线采用III-V族的材料，掺杂为Si；N型纳米线采用II-VI族的材料，掺杂为Al。

3.一种如权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述多量子阱为II-VI族三元合金A(II)_xB(II)_1-xC(VI)，或III-V族三元合金A(III)_xB(III)_1-xC(V)，x为II族或III族元素A的组分，1-x为II族或III族元素B的组分，这里的组分是指II族的元素与VI族的元素或者III族的元素与V族的元素的原子数目比，其中势垒层为B(II)C(VI)或B(III)C(V)，与N型纳米线的材料相同。

4.一种可控阵列纳米线太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

1)选取半导体材料中生长速率最快的晶面作为衬底；

2)在衬底上预生长N型掺杂层；

3)根据阵列纳米线的形状，设计图形化衬底的图形，在N型掺杂层上制备图形化衬底；

4)对图形化衬底进行预处理，使图形化衬底的表面洁净；

5)根据图形化衬底，选择N型纳米线的生长条件，在洁净的图形化衬底上生长周期性的排布的N型纳米线，形成阵列纳米线；

6)在N型纳米线上生长多量子阱，包裹N型纳米线，形成核-壳结构；

7)在N型纳米线和多量子阱构成的核-壳结构上生长P型掺杂层，包裹核-壳结构；

8)利用透明的绝缘材料填充生长了P型掺杂层的核-壳结构之间的空隙，并使生长了P型掺杂层的盖核-壳结构的顶端不被绝缘材料覆盖；

9)利用传统的半导体器件制备工艺，台面刻蚀，露出N型掺杂层，形成互相独立的单元，在包裹核-壳结构的P型掺杂层的顶端形成P型电极，在露出的N型掺杂层的一部分上形成N型电极。

5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，在步骤1)中，选择衬底时，在其上生长N型纳米线的材料沿衬底的表面法线方向的生长速率大于其他方向的生长速率。

6.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，在步骤2)中，N型掺杂层中的N型掺杂浓度在5×10¹⁸～1×10¹⁹cm^-3之间，以确保后续的N型电极能够形成良好的欧姆接触，并且表面具有原子级平整度；N型掺杂层的厚度既要满足后续图形化衬底的制备要求，又要保证后续工艺中能够形成良好的台面结构。

7.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤3)中，确定阵列纳米线的周期和直径，根据阵列纳米线的周期和直径，设计图形化衬底的图形排布和直径；阵列纳米线的周期在0.5～1μm之间；阵列纳米线的直径在50～200nm之间。

8.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤5)中，生长N型纳米线的方法包括：分子束外延MBE、金属有机物化学气相沉积MOCVD、化学气相沉积CVD和脉冲激光沉积PLD。