[实用新型]GaN纳米栅线的石墨烯电极太阳能电池

说明书

技术领域

本实用新型属于太阳能电池领域，尤其是一种GaN纳米栅线的石墨烯电极太阳能电池，可用于光伏发电。

背景技术

近年来，我国的光伏产业发展速度惊人，产量已经稳居全球第一。目前太阳能电池研究主要集中在如何提高电池光电转换效率，优化栅线和电极结构与工艺是提高太阳能电池效率的重要技术方向之一。

光学损失是限制太阳能电池转换效率提高的主要障碍，目前大多数太阳能电池采用金属作为栅线和电极，剖面结构如图2所示。其由增透膜1、正面金属接触电极2、金属栅线层3、P型非晶硅层4、本征非晶硅层5、N型硅衬底6、金属背电极7组成，其中增透膜1、金属栅线层3、P型非晶硅层4、本征非晶硅层5、N型硅衬底6、金属背电极5依次自顶向下层叠，正面金属接触电极2位于P型非晶硅层4上，围绕在金属栅线层3周围，并与栅线连接。正面金属接触电极2和金属背电极7均为金属Pb、Au组成的多层金属电极。由于金属栅线会反射和遮挡入射光，减小了太阳能电池表面有效受光面积。通常情况下，栅线遮挡面积约占太阳能电池有效受光面积的10-15％，影响电池对光的利用率。同时由于光电子由金属栅线向电极转移的过程中，易造成电子空穴对的复合，进一步降低电极对光电子的收集和利用率，难以获得较高的转换效率。

实用新型内容

本实用新型的目的在于针对现有技术的不足，给出了一种GaN纳米栅线的石墨烯电极太阳能电池，以降低硅衬底表面的光反射率，提高太阳能电池对光子的吸收和利用。

为实现上述目的，本实用新型提出的GaN纳米栅线的石墨烯电极太阳能电池，自上而下包括增透膜1、栅线层3、P型非晶硅层4、本征非晶硅层5、N型硅衬底6和背面电极7，栅线层3的周围设有正面电极2；该正面电极2与栅线连接，且上面设有金属接触电极8，其特征在于：栅线层3由相互交叉堆叠的GaN纳米线构成，正面电极2和背面电极7采用多层石墨烯材料。

作为优选，所述的增透膜1采用ITO氧化铟锡透明导电薄膜或TCO氧化物镀膜玻璃。

作为优选，所述的正面电极2和背面电极7采用的多层石墨烯材料厚度为100-200nm。

作为优选，所述的每根GaN纳米线的直径为50-100nm，长度为10-20μm。

作为优选，所述的所述P型非晶硅层4、本征非晶硅层5的厚度均为10-15nm。

作为优选，所述的所述N型硅衬底6的厚度为200-400μm。

本实用新型与现有技术相比，有如下优点：

1.太阳能电池采用GaN纳米线材料制作栅线，利用纳米线结构巨大的比表面积增大电池的受光面积；

2.太阳能电池采用GaN纳米线材料制作栅线作为输送载流子的通道，极大的提高了载流子的收集效率，从而提高太阳能电池光电转换效率；

3.采用多层石墨烯作为电极代替较厚的贵金属电极，可以大幅度降低生产成本。

附图说明

图1是本实用新型的剖面结构示意图。

图2是现有器件的剖面结构示意图。

具体实施方式

参照图1，本实用新型给出如下三实施例：

实施例1：

本实例的太阳能电池由增透膜1、正面电极2、栅线层3、P型非晶硅层4、本征非晶硅层5、N型硅衬底6、背面电极7和金属接触电极8组成。其中增透膜1、栅线层3、P型非晶硅层4、本征非晶硅层5、N型硅衬底6、背面电极7依次自顶向下层叠排列，正面电极2位于P型非晶硅层4上，且围绕在栅线层3的周围，并与栅线连接；金属接触电极8设置在正面电极2上。其中，所述增透膜1，采用ITO氧化铟锡透明导电薄膜；所述栅线层3由相互交叉堆叠的GaN纳米线构成，其中每根GaN纳米线的直径为50nm，长度为10μm；所述P型非晶硅层4和本征非晶硅层5的厚度均为10nm；所述N型硅衬底6厚度为200μm；所述正面电极2和背面电极7采用厚度均为100nm的多层石墨烯材料。

实施例2：

本实例的太阳能电池结构与实施例1相同。其参数变化如下：

每根GaN纳米线的直径为75nm，长度为15μm；P型非晶硅层4、本征非晶硅层5厚度均为13nm；N型硅衬底6厚度为300μm；正面电极2和背面电极7采用厚度均为150nm的多层石墨烯材料。

实施例3：

本实例的太阳能电池结构与实施例1相同。其参数变化如下：