[发明专利]一种基于硅纳米线的太阳能电池

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能电池的技术领域，特别是涉及一种基于硅纳米 线的太阳能电池。

背景技术

工业革命以来，随着工业化的发展和进步，对能源的需求也急剧 增加，其中石化燃料是最主要的能源材料。然而地球上的石化燃料能 源总储藏量有限，且为不可再生能源，因而全球面临着严峻的能源形 势。同时石化燃料的使用过程中释放出大量的有毒气体和二氧化碳气 体，造成严重的环境污染和温室效应，给人类的生存环境造成了前所 未有的巨大灾难。人们已经强烈意识到石化能源的使用所带来的负面 影响的严重性。因此“改变能源结构，保护地球”的提议已得到全球 各个国家的一致认可。只有可再生能源的大规模利用以替代传统石化 能源，才能促进人类社会的可持续发展。由于太阳能丰富且清洁，对 广泛的能源相关应用而言，太阳能器件极具吸引力。然而，目前硅基 和其他太阳能电池的光电转化效率低，使太阳能电池的成本较高，阻 碍了其发展和应用。太阳能电池的光电转化率定义为太阳能电池的电 输出与太阳能电池表面区域入射的太阳能之比。在实际太阳能电池的 制作中，有很多因素限制着器件的性能，因而在太阳能电池的设计和 材料的选择等方面必须考虑这些因素的影响。

为了提高太阳能电池的光电转化率，需要提高太阳能电池的陷光 技术。当光经过这些结构时，光束会发生散射，散射光以较大的入射 角进入薄膜电池的吸收层，由于吸收层材料的折射系数通常比周围材 质的折射率高，大角散射的光束在吸收层中易于发生全反射。全反射 光束在吸收层中来回振荡，直至被吸收层吸收生成光生载流子。这样 通过陷光技术，可以有效提高薄膜太阳能电池的光吸收，从而提高电 池转化效率。

现有的太阳能电池表面的陷光结构通常采用金字塔形结构。而且 现有的太阳能电池的结构自上而下为金属电极、ITO氧化铟锡透明导 电薄膜、N型非晶硅层、单层本征非晶硅层、P型硅衬底、背电极。 衬底表面通过湿法刻蚀，形成拥有金字塔形重复单元的表面，再在其 上采用等离子体化学气相淀积PECVD沉积单层本征非晶硅层和N型 非晶硅层，形成具有金字塔形陷光结构的光电转换单元。当光入射电 池表面光线会在其表面连续反射，增加光在电池表面陷光结构中的有 效运动长度和反射次数，从而增大能量光电转换单元对光的吸收效 率。但是这种结构由于绒面尺寸不均匀且分布较广，使得衬底表面缺 陷密度大大增加，在正表面难以获得高质量的绒面陷光，不易降低衬 底对光的反射系数，同时单层结构的本征非晶硅层钝化效果较差。

发明内容

因此，本发明的目的在于针对现有技术的不足，提出了一种基于 硅纳米线的太阳能电池，以减少光的反射，提高对光子的吸收和利用， 同时优化本征非晶硅层的结构，改善太阳能电池的转化效率。

为实现上述目的，本发明提出的一种基于硅纳米线的太阳能电 池，包括背电极(6)和P型硅衬底(5)，其特征在于：P型硅衬底(5)的上 表面采用硅纳米线阵列结构，该硅纳米线阵列结构表面上依次层叠 有i型层(4)、N型非晶硅层(3)和氧化铟锡透明导电膜(2)，纳米线阵 列结构的顶端设有正电极(1)，其中i型层(4)包括依次层叠于硅纳米线 阵列结构表面上的微晶硅本征层、非晶硅锗本征层、非晶硅本征层和 微晶碳化硅本征层。

作为优选，所述的N型非晶硅层(3)和i型层(4)的厚度均为 10-50nm。

作为优选，所述的P型硅衬底(5)表面的硅纳米线阵列中，每根硅 纳米线的直径为40-80nm，长度为5-10μm。

作为优选，所述的P型硅衬底(5)厚度为200-400μm。

作为优选，所述的正电极(1)采用厚度为20nm/20nm/40nm的 Ti/Pd/Ag多层金属材料。

作为优选，所述的背电极(6)采用厚度为70-100nm的金属铝材 料。

本发明由于P型硅衬底表面采用纳米线结构，具有良好的陷光效 果，且提高了载流子的收集效率，同时改变i型层的结构与材质，提 高了其钝化性能，改善了太阳能电池的能量转化效率。

附图说明

图1是本发明的剖面结构示意图。

具体实施方式

参照图1，本发明给出如下三个实施例：

实施例1：