[发明专利]一种三维硅基微纳光子晶体太阳能电池

说明书

本发明属于太阳能电池技术领域，涉及一种三维硅基微纳光子晶体太阳能电池，前接触层下侧面上设有前电极；前电极和背电极之间是三维硅基微纳光子晶体太阳能电池结构，三维硅基微纳光子晶体太阳能电池结构的上层为n型硅半导体层，下层为p型硅半导体层，前电极嵌入在n型硅半导体层的线缺陷波导底部，p型硅半导体能与背电极构成平面；背电极的底部设有背接触层，背电极设置在p型硅半导体层的慢光区或禁带区；其厚度小，节省材料，载流子扩散距离短、稳定性好、传输效率高；三维结构规整，而且灵活多变，其加工和复合技术成熟，能成为新一代最有潜力、低成本、高效太阳能电池器件。

技术领域：

本发明属于太阳能电池技术领域，涉及一种新型的光子晶体太阳能电池结构，特别是一种充分利用光照、将陷光与光子禁带和慢光效应有机结合、光电转换效率高、材料节省的高效三维硅基微纳光子晶体太阳能电池。

背景技术：

太阳能电池是一种将光能转换为电能的半导体器件，是太阳能利用的重要形式。虽然按照基体材料划分太阳能电池种类有很多，但目前应用广泛的是硅基太阳能电池，这是因为硅原材料丰富，光电转换效率高，光电性能稳定性和可靠性高，加工工艺技术成熟，不含有毒元素，不对环境造成污染，市场接受程度高等因素决定的。

硅基太阳能电池的实质是一个大面积的PN结，能量转换的基础是利用PN 结的光生伏打效应，将太阳能转化为电能。目前工业化、大规模生产硅基PN结材料的技术已经成熟，但太阳能电池效率却一直受到限制，为了使太阳能电池得到更普遍的应用，目前硅基太阳能电池研究的重点方向有两个：一是提高光电转换效率；二是降低成本。1954年贝尔实验室制备的单晶硅太阳能电池效率只有 5.4％，而且初期的硅太阳能电池衬底厚度较厚；随后几年，单晶硅电池的效率增加到了10％；1973年第一次能源危机后，太阳能电池研究加快，不仅效率提高，而且成本也不断下降。进入21世纪，为了绿色环保和可持续性发展，太阳能电池的研究进入快车道。现在，硅衬底的厚度可以从350～400μm降低到150～200μm，电池的效率没有明显减少，例如德国Fraunhofer公司制作的太阳能电池，效率可达到23.1％。但是，传统的太阳能电池在厚度减少时，透射光的损失还会随厚度的减少而增加。理论计算表明：材料薄至50μm时，由于电池厚度的减薄，结构对长波光子的吸收效率收减低。研究表明：只有采用陷光结构，才能保证电池的光电转换效率，除了电池进光面减反和前电极尽量少覆盖面积外，现有的陷光方式主要是在光线射入电池体内后，增加光在吸收层的路径，使吸收层的折射率大于其上下层织构材料，使没有吸收的光再次返回电池吸收层，进行二次或多次吸收，比如采用单层或多层减反膜，在硅表面沉积一层折射率逐渐变化的减反膜，或将减反膜技术和表面制绒技术相结合，制备出具有绒面结构的减反膜等，但这些技术存在反射波段较窄，制备工艺较难控制等不足，多数研究处于试验阶段。