[發明專利]ZnO/SiC/Si異質結太陽能電池及其制備方法

無效

• 申請號: 200910236480.0
• 申請日: 2009-10-21
• 公開（公告）號: CN101694853A
• 公開（公告）日: 2010-04-14
• 發明（設計）人: 傅竹西
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: H01L31/042
• 分類號: H01L31/042;H01L31/06;H01L31/0352;H01L31/18;C23C16/40;C23C14/34;C23C14/08;C23C16/32
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 關暢

技術領域

本發明涉及一種太陽能電池及其制備方法，特別是一種ZnO/SiC/Si異質結太陽能電池及其制備方法。?

背景技術

利用光伏特性制備太陽能電池具有廣泛的應用前景，已形成經濟效益可觀的產業。目前使用的太陽能電池可分為：硅太陽能電池、多元化合物薄膜太陽能電池、聚合物多層修飾電極型太陽能電池、納米晶太陽能電池四大類，其中硅太陽能電池是目前發展最成熟的，在應用中居主導地位。?

(1)硅太陽能電池?

硅太陽能電池分為單晶硅太陽能電池、多晶硅薄膜太陽能電池和非晶硅薄膜太陽能電池三種。單晶硅太陽能電池轉換效率最高，技術也最為成熟。在實驗室里最高的轉換效率為23％，規模生產時的效率為15％。但由于單晶硅成本價格高，大幅度降低其成本很困難，為了節省硅材料，發展了多晶硅薄膜和非晶硅薄膜做為單晶硅太陽能電池的替代產品。多晶硅薄膜太陽能電池與單晶硅比較，成本低廉，而效率高于非晶硅薄膜電池，其實驗室最高轉換效率為18％，工業規模生產的轉換效率為10％。非晶硅薄膜太陽能電池成本低重量輕，轉換效率較高，便于大規模生產，有極大的潛力。但受制于其材料引發的光電效率衰退效應，穩定性不高，直接影響了它的實際應用。?

(2)多元化合物薄膜太陽能電池?

多元化合物薄膜太陽能電池主要包括砷化鎵III-V族化合物、硫化鎘、碲化鎘及銅-銦-硒薄膜電池等。硫化鎘、碲化鎘多晶薄膜電池的效率較非晶硅薄膜太陽能電池效率高，成本較單晶硅電池低，并且也易于大規模生產，但由于鎘有劇毒，會對環境造成嚴重的污染，因此，并不是晶體硅太陽能電池最理想的替代產品。砷化鎵(GaAs)III-V化合物電池的轉換效率可達28％，GaAs化合物材料具有十分理想的光學帶隙以及較高的吸收效率，抗輻照能力強，對熱不敏感，適合于制造高效單結電池。但是GaAs材料的價格不菲，因而在很大程度上限制了GaAs電池的普及。銅銦硒薄膜電池(簡稱CIS)有適合光電轉換效率，不存在光致衰退問題，轉換效率和多晶硅一樣。具有價格低廉、性能良好和工藝簡單等優點，將成為今后發展太陽能電池的一個重要方向。但由于銦和硒都是比較稀有的元素，因此，這類電池的發展?又必然受到限制。?

(3)聚合物多層修飾電極型太陽能電池?

以有機聚合物代替無機材料是剛剛開始的一個太陽能電池制造的研究方向。由于有機材料柔性好，制作容易，材料來源廣泛，成本低等優勢，從而對大規模利用太陽能，提供廉價電能具有重要意義。但目前不論是使用壽命，還是電池效率都不能和硅太陽能電池相比。?

(4)納米晶太陽能電池?

納米TiO₂晶體化學能太陽能電池的優點在于它廉價的成本和簡單的工藝及穩定的性能。其光電效率穩定在10％以上，制作成本僅為硅太陽能電池的1/5～1/10.壽命能達到20年以上。但由于此類電池的研究和開發剛剛起步，估計不久的將來會逐步走上市場。?

硅的禁帶寬度為1.1電子伏，3C-碳化硅的禁帶寬度為2.3電子伏，氧化鋅的禁帶寬度為3.36電子伏，由這三種材料組成太陽能電池可以涵蓋太陽光譜的范圍，能充分地利用太陽能。其中，Si是一種成本較為低廉的襯底材料，用途十分廣泛。而ZnO是近年來新發展起來的受到廣泛重視的一種寬禁帶半導體材料，在光電信息功能領域有著巨大的應用前景。如果能利用Si襯底來外延ZnO薄膜，一方面可以降低成本，利于產業化發展；同時，也將有利于與ZnO器件的光電合成，更廣泛地開發ZnO基光電器件。然而由于ZnO與Si襯底之間存在較大的晶格失配和熱失配，所以很難在Si基片上直接外延出高質量的ZnO單晶薄膜。SiC的晶格常數以及熱膨脹系數與ZnO相似，因此利用SiC作為ZnO薄膜的襯底材料，技術上實現較為容易。?

目前，將ZnO用在太陽能電池方面主要有以下幾方面的工作：?

(1)高摻雜的ZnO薄膜有很低的電阻率和很高的可見光透過率，在紅外區域有極高的反射率。因此，在各種太陽能電池中，常用來做成太陽能電池的透明導電電極。如(a)J.C.Lee，K.H.Kang，S.K.Kim，et?al.，Sol.Energy?Mater.Sol.Cells?64(2000)185；(b)A.Gupta，A.D.Compaan，Appl.Phys.Lett.85(2004)684；(c)M.A.Contreras，K.Ramanathan，et?al.，Prog.Photovolt：Res.Appl.13(2005)209。?