[發(fā)明專利]硅微納米結(jié)構光伏太陽能電池

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010132772.2
• 申請日: 2010-03-26
• 公開（公告）號: CN102201465A
• 公開（公告）日: 2011-09-28
• 發(fā)明（設計）人: 彭奎慶
• 申請（專利權）人: 北京師范大學
• 主分類號: H01L31/042
• 分類號: H01L31/042;H01L31/0352;H01L31/18
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發(fā)明涉及一種硅微納米結(jié)構光伏太陽能電池裝置，屬于太陽能技術領域。

背景技術

面對全球能源短缺危機和生態(tài)環(huán)境的不斷惡化，世界各國積極研究和開發(fā)利用可再生能源，從而實現(xiàn)能源工業(yè)和社會的可持續(xù)發(fā)展。其中，太陽能被認為是能源危機和生態(tài)環(huán)境惡化的最佳解決途徑。太陽能電池是通過半導體p-n結(jié)的光伏效應(photovoltaic?effect)或者光化學效應直接把光能轉(zhuǎn)化成電能的裝置。目前商業(yè)化太陽能電池以單晶硅和非晶硅為主。當前，人們除大量應用單晶硅太陽電池外[參見專利：專利號JP5243597-A；專利號KR2002072736-A]，還研制成功了多晶硅電池[參見專利：專利號US5949123-A]、非晶硅電池[參見專利：專利號JP2002124689-A；專利號US6307146-B1]、薄膜太陽電池等各種新型的電池[參見專利：專利號JP2002198549-A]，并且還再不斷地研制各種新材料、新結(jié)構的太陽電池[參見專利：專利號DE19743692-A；DE19743692-A1]。

微納米結(jié)構與材料應用于太陽能電池上能夠大幅度提高光電轉(zhuǎn)換效率，有望為綠色能源的發(fā)展帶來革命性的變化。與其它半導體材料相比較，硅材料含量豐富而且廉價，同時與目前的半導體微加工工藝兼容，因此基于硅微納米結(jié)構的太陽能電池正受到越來越多的重視。007年美國哈佛大學Lieber課題組成功開發(fā)出一種新型同軸硅納米線太陽能電池，其光電轉(zhuǎn)化效率能達到5％。這種新型電池以硅納米線材料為主材，制作成本低廉[B.Z.Tian，X.L.Zheng，T.J.Kempa，et?al.，Coaxial?silicon?nanowires?as?solar?cells?and?nanoelectronic?power?sources.Nature?2007，449，885-888.]。2008年，加州大學的楊培東教授課題組制備了硅納米線徑向p-n結(jié)太陽能電池[E.C.Garnett，P.D.Yang，J.Am.Chem.Soc.2008，130，9224-9225.]。但是由于p-n結(jié)制備技術以及電池結(jié)構存在明顯缺陷，目前做制備的硅納米線電池光電轉(zhuǎn)換效率較低。

在我們發(fā)明的大面積硅微納米結(jié)構制備技術基礎上[參見：中國專利CN1382626；中國專利申請?zhí)?005100117533；中國專利申請?zhí)朇N200810084205.7；中國專利申請?zhí)朇N200810183135.0]，我們設計了一種基于硅微納米結(jié)構的光伏太陽能電池裝置。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的是設計和提供一種具有新型結(jié)構且光吸收能力強，載流子收集效率高，光電轉(zhuǎn)換效率高的硅微納米結(jié)構太陽能轉(zhuǎn)換裝置。

本發(fā)明提出的硅微納米結(jié)構太陽能轉(zhuǎn)換裝置，它含有透明氧化物導電層薄膜、n型硅微納?米結(jié)構、p型硅微納米結(jié)構、p型硅基底層、鋁金屬膜背電極層，其特征在于：所述太陽能轉(zhuǎn)換裝置含有依次相疊的下述各層，

(1)透明氧化物導電薄膜層位于n型硅微納米結(jié)構之上，作為正面引出電極；

(2)n型硅微納米結(jié)構陣列層位于p型硅微納米結(jié)構陣列層之上，其作用是與p型硅微納米結(jié)構陣列層形成三維p-n結(jié)，產(chǎn)生光生伏特效應；

(3)p型硅微納米結(jié)構陣列層位于P型硅基底層之上，其作用是與n型硅微納米結(jié)構陣列層形成三維p-n結(jié)，產(chǎn)生光生伏特效應，同時作為太陽電池的基區(qū)；

(4)p型硅基底層，位于鋁金屬膜背電極之上，其作用是作為太陽電池的基區(qū)；

(5)鋁金屬膜背電極層，其作用是形成電池背面引出電極；

本發(fā)明首先用我們發(fā)明的硅微納米結(jié)構的制備方法，首先在p型硅基片表面制備出大面積的硅微納米結(jié)構陣列(如硅微米線，硅納米線，硅微米洞，硅納米洞等結(jié)構)。隨后采用熱擴散技術或者化學氣相沉積在p型硅微納米結(jié)構表面制備n型硅層，從而形成三維p-n結(jié)。然后在硅微納米結(jié)構三維p-n結(jié)表面沉積一層ZnO:Al透明導電薄膜或者其它透明導電薄膜；隨后在p型硅基底面沉積金屬鋁，燒結(jié)后作為背面歐姆接觸電極。在兩面的金屬接觸電極上引出外引線，便得到了一個單片的硅微納米結(jié)構光伏太陽能電池。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的硅微納米結(jié)構陣列光伏太陽電池結(jié)構示意圖。

1透明氧化物導電薄膜

2n型硅微納米結(jié)構層

3p型硅微納米結(jié)構層

4p型硅基底層

5鋁金屬膜背電極層

具體實施方式

具體實施方式1