[发明专利]一种硅锗黑磷烯PIN异质结太阳能电池

说明书

本发明提供了一种硅锗黑磷烯PIN异质结太阳能电池。所述PIN异质结太阳能电池由下至上依次包括背电极、N型硅基底、N型硅纳米线阵列、本征非晶锗层、P型黑磷烯层、透明导电层和上电极，其中N型硅纳米线阵列、本征非晶锗层和P型黑磷烯层形成的PIN异质结为径向异质结。本发明的电池结构简单，硅纳米线阵列的设置提高了该太阳能电池对太阳光的吸收效率，黑磷烯作为新型二维半导体材料，与N型硅纳米线阵列以及本征非晶锗层形成PIN异质结，可以有效的进行光电转换，且径向结构的设置，便于电子空穴对的分离与传输，进一步提高了该太阳能电池的光电转换效率。

技术领域

本发明涉及太阳能电池技术领域，具体涉及一种硅锗黑磷烯PIN异质结太阳能电池。

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。近年来，太阳能、风能和地热等新型可再生能源引起了人们的重视。与传统的占主导地位的石化能源相比，太阳能最大的优势在于其取之不尽，用之不竭，而且在使用过程中不会破坏生态平衡、污染环境。因此，太阳能是一种环境友好的绿色可再生能源。如果深究石化燃料的根源，它本质上是数亿万年前太阳辐射到地球上的一部分能源被储存在古生物体内，经沧海桑田的变化而演化成今天地球上的石化能源。太阳能电池（又称为光伏电池）可以将光能转换为电能，且转换过程中不需要任何机械运动的辅助或影响环境的燃烧过程，而成为最有潜力的太阳能的利用方式。

黑磷烯作为一种新型的二维纳米，它是一种具有金属光泽的晶体，可由白磷或红磷转化而来，黑磷烯具有直接半导体带隙，且表现出与层数相关的特性，单层黑磷的电子迁移率为10000cm²/Vs，还具有非常高的漏电流调制率，使得其在未来的纳米电子器件（例如场效应晶体管、光电元件、气体传感器及太阳能电池等领域的器件）中的应用有很大潜力，引起了人们的广泛关注。

发明内容

本发明的目的是克服上述现有技术的不足，提供一种硅锗黑磷烯PIN异质结太阳能电池。该太阳能电池具有优异的光电转换效率。

为实现上述目的，本发明提出的一种硅锗黑磷烯PIN异质结太阳能电池，所述PIN异质结太阳能电池由下至上依次包括背电极、N型硅基底、N型硅纳米线阵列、本征非晶锗层、P型黑磷烯层、透明导电层和上电极，其中N型硅纳米线阵列、本征非晶锗层和P型黑磷烯层形成的PIN异质结为径向异质结。

作为优选，所述背电极和所述上电极的材质银、铝、钛、钯中的一种或多种，所述N型硅基底的背面被所述背电极完全覆盖，所述背电极的厚度为50-200纳米，所述上电极为栅电极。

作为优选，N型硅纳米线阵列的单个硅纳米线的长度为0.5-1微米，所述单个硅纳米线的直径为50-100纳米，相邻硅纳米线的间距为200-500纳米。

作为优选，所述本征非晶锗层的厚度为20-100纳米。

作为优选，所述P型黑磷烯层的厚度为20-150纳米。

作为优选，所述透明导电层的材料为氧化铟锡、铝掺杂氧化锌或石墨烯，所述透明导电层的厚度为100-200纳米。

作为优选，在所述透明导电层以及所述上电极的表面具有减反射膜，所述减反射膜的材料为二氧化硅、氮化硅、氧化铝或二氧化锆中的一种或多种，所述减反射膜的厚度为50-100纳米。