[發明專利]基于Si納米線陣列太陽能電池及其制造方法

無效

• 申請號: 200810037745.X
• 申請日: 2008-05-21
• 公開（公告）號: CN101587916A
• 公開（公告）日: 2009-11-25
• 發明（設計）人: 周偉民;鈕曉鳴;宋志棠;閔國全;劉彥伯;李小麗;張靜;萬永忠;封松林
• 申請（專利權）人: 上海市納米科技與產業發展促進中心;中國科學院上海微系統與信息技術研究所
• 主分類號: H01L31/18
• 分類號: H01L31/18
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及到一種納米線陣列太陽能電池的制造方法，尤其是大面積制備硅納米線太陽能電池方法，屬于納米制造、能源技術和納電子器件領域。

背景技術

隨著世界性能源和環境的危機，太陽能以無污染、節能等獨特的優勢受到世界各國廣泛重視。單晶Si第一代太陽能電池和多晶硅、非晶硅等第二代太陽能電池的缺點限制了它們的廣泛應用：如單晶硅的短缺和昂貴的價格，商用薄膜太陽能電池的只有6％～8％的光電轉化效率。當前興起的納米技術有望為太陽能發展找到突破口，納米技術的應用將能夠極大地提高太陽能電池(特別是微型電池)的光電轉換效率，是降低電池的生產成本的最有希望的途徑。

1991年，以瑞士洛桑高等工業學院M.Gratzel教授為首的研究小組研制出一種納米晶體光電化學太陽能電池(Nanocrystalline?Photoelectrochemical?Cells，簡稱NPC電池)。隨后2年，制作出光電轉換率達10％的染料敏化納米太陽能電池。隨著納米技術的研究深入，量子點、量子線和碳納米管等納米結構的納米太陽能電池的研究受到極大重視。2007年4月美國佐治亞技術研究所網站報道了一種全天候工作的碳納米管太陽能電池，原型有2英寸大小，每平方厘米電池包含了4萬個納米管“塔”，每座塔包含數百萬個垂直排列的碳納米管。

從太陽能電池的轉換效率和材料的來源角度講，今后發展的重點仍是硅太陽能電池。目前，已有個別文獻報道Si納米線太陽能電池。最近，哈佛大學的Lieber研究組設計出單根Si多層結構的同軸電纜太陽能電池，其光電轉化效率較高，一般能達到3％以上，最高時能達到5％。[Coaxial?silicon?nanowires?as?solar?cells?and?nanoelectronic?power?sources.Nature?2007(449)：885-890]。GE公司用VLS生長方法制備出Si納米線，通過微電子工藝制作Si納米線太陽能電池，在690nm光照下，外量子效率達到12％，1.8cm²的單元產生的電流約為1.6mA/cm²[Silicon?nanowire?solar?cells.Appl.Phys.Lett.2007(91)：23317-23319]。

發明內容

本發明是利用納米壓印技術和傳統的微電子工藝，大面積制作Si納米線陣列太陽能電池的技術。采用納米壓印技術制作的太陽能電池核心模塊Si納米線陣列的可控制性較好，與半導體制造兼容性好。Si納米線陣列結構對太陽能有較高的吸收能力，轉化光能效率高，穩定性好。該工藝技術簡單，成本較低，適合批量生產，電池具有清潔、高效等優點。

本發明所提到的Si納米線陣列太陽能電池，包括：納米線pn結陣列和其兩頭的金屬電極。

首先在用納米壓印技術制作硅納米線pn結陣列的基礎上，用金屬沉積來制作電極，通過退火合金化形成歐姆接觸電極，在pn結金屬電極分別引出外接線，就得到了Si納米線陣列太陽能電池。

附圖說明

圖1Si納米線陣列太陽能電池示意圖。

1----金屬電極

2----P型Si

3----pn結納米線陣列

4----介質層或ITO

5----ITO

6----金屬柵格

具體實施方式

以下結合具體的實施例對本發明的技術方案作進一步詳細說明。

實施例1

采用超高真空化學氣相沉積方法，在P型(111)Si外延一定厚度的N型(111)硅薄膜，得到pn結硅片。

1.清洗pn結硅片，以3000rmp/min轉速旋涂一層AMONIL納米壓印膠，采用納米陰模壓印工藝轉移圖形(500mbar@300s)。

2.用等離子刻蝕工藝，除去殘留膠。

3.用等離子刻蝕工藝，刻蝕到P型Si上，于是得到pn結納米線陣列。

4.通過濺射在pn結陣列之間沉積ITO，再濺射一層Ti(100nm)/Al(2000nm)叉指式電極，面積為1cm×1cm。

5.在背面的p型Si層沉積Ti(100nm)/Al(2000nm)層。

6.600℃/15min下退火合金化，形成歐姆接觸。

實施例2

1.清洗P型(111)硅片，以3000rmp/min轉速旋涂一層AMONIL納米壓印膠。

2.通過EVG620納米壓印機器，采用納米陰模壓印轉移圖形(500mbar@300s)。

3.用等離子刻蝕工藝，除去殘留膠和刻蝕出P型Si納米線陣列。