[發明專利]太陽能電池

有效

• 申請號: 201080065818.1
• 申請日: 2010-03-26
• 公開（公告）號: CN102947945A
• 公開（公告）日: 2013-02-27
• 發明（設計）人: 堤榮史;益永久美;北川良太;中西務;藤本明;淺川鋼兒
• 申請（專利權）人: 株式會社東芝
• 主分類號: H01L31/04
• 分類號: H01L31/04
• 代理公司: 北京市中咨律師事務所 11247
• 代理人: 楊曉光;于靜

技術領域

本發明涉及包括金屬多孔膜的太陽能電池。

背景技術

太陽能電池將用之不竭并且清潔無污染的太陽能直接轉化為電能，并且因此其被稱為應對環境和能源枯竭問題的重要的關鍵裝置。

一般地，太陽能電池包括在光入射側的頂表面電極、在背面側的對電極和夾在它們中間的半導體光電轉換層?，F在，工業生產的光電轉換層一般由硅（Si）制成，并且其通常包括單晶或者多晶Si的PN結或者非晶Si（a-Si）的PIN結。另外，除了使用Si的以外，太陽能電池也使用最近已經預先發展的如黃銅礦的化合物半導體。

目前，太陽能電池的最大問題是提高光電轉換效率。作為提高太陽能電池的轉換效率的手段，存在一種方法，其中入射太陽光轉換為適合用于光電轉換的其它能量形式。該方法利用一種現象，例如，如果光電轉換層包括金屬-制納米級微小結構，在微小結構的邊緣處產生增強的電場以傳播載流子激發。此現象被認為是由誘導在金屬表面上的大量電子的震蕩波的入射光導致的，并且那些震蕩波被認為伴隨激活載流子產生的增強的電磁場。

實際上，專利文檔1采用在背面側放置金屬精細顆粒以便在對于晶體Si層波長范圍太長而不能光電轉換的光能夠轉換成為增強的電場而提高效率。另外，非專利文檔1報道了如果在Si光電轉換元件中的具有pn-結的半導體襯底的光接收面上提供Au納米顆粒，則可以產生增強的電流。

現有技術文檔

[專利文檔1]日本專利申請公開No.2006-66550

[非專利文檔1]D.M.Schaadt,APPLIED?PHYSICS?LETTERS?86,063106s2005d“Enhanced?semiconductor?optical?absorption?via?surface?plasmon?excitation?in?metal?nanoparticles”

發明內容

通過本發明解決的問題

然而，為了增加上述金屬-制納米尺度微小結構中的增強的電場并且由此有效產生大量載流子，優選環繞金屬微小結構的材料、在頂表面和底表面上的材料具有相似的折射率（介電常數的平方根）。

例如，在晶體Si太陽能電池的情況中，光電轉換層由Si制成，其折射率平均約為3.8。因此，如果直接在Si層上提供金屬微小結構，那么在Si層和空氣之間的折射率（折射率：1）中存在大的空隙。因為此失配，常規太陽能電池具有一個問題，其中產生的電場具有不充足的強度，導致獲得的增強效果不足以令人滿意地改善轉化效率。

問題解決方式

為了解決上述問題，本發明涉及包括光電轉換層、金屬多孔膜和折射率調整層的疊層的太陽能電池，其中

所述金屬多孔膜位于光入射側，

所述金屬多孔膜與所述光電轉換層直接接觸，

所述金屬多孔膜具有穿孔通過所述膜的多個開口，

所述折射率調整層覆蓋所述金屬多孔膜的表面和所述開口的內表面的至少一部分，以及

所述折射率調整層具有包括端點值的1.35到4.2的折射率。

本發明的效果

本發明提供了一種太陽能電池，其中在光電轉換層上形成的金屬多孔膜被折射率調整層覆蓋以便基于入射光和金屬多孔膜之間的相互作用有效產生增強的電場。相應地，因為產生的增強的電場伴隨載流子激發，本發明的太陽能電池可具有高發電效率。

附圖說明

圖1示出了根據本發明的實施例的太陽能電池的截面示意圖。

圖2示出了在根據本發明的實施例的太陽能電池中的Si層/Al-制多孔膜/空氣的結構上進行的通過FDTD方法的模擬的結果。

圖3示出了在根據本發明的實施例的太陽能電池中的Si層/Al-制多孔膜/Si層的結構上進行的通過FDTD方法的模擬的結果。

圖4示出了在根據本發明的實施例的太陽能電池中提供折射率調整層的情況下通過FDTD方法模擬的電場的譜。

圖5示意示出了在根據本發明的實施例的太陽能電池上形成的抗反射涂層。

圖6是當對膜進行蝕刻處理步驟時，在根據本發明的實施例的太陽能電池中提供的Al-制多孔膜的電子顯微鏡（SEM）圖像。

圖7是當對膜進行蝕刻處理步驟時，在根據本發明的實施例的太陽能電池中提供的Al-制多孔膜的電子顯微鏡（SEM）圖像。

圖8是當對膜進行蝕刻處理步驟時，在根據本發明的實施例的太陽能電池中提供的Al-制多孔膜的電子顯微鏡（SEM）圖像。