[發(fā)明專(zhuān)利]一種高效太陽(yáng)能電池陷光結(jié)構(gòu)及其制作方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110066435.2
• 申請(qǐng)日: 2011-03-19
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102148278A
• 公開(kāi)（公告）日: 2011-08-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陸曉東;倫淑嫻;于忠黨;王巍;遲峰
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 渤海大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H01L31/052
• 分類(lèi)號(hào): H01L31/052;H01L31/0216;H01L31/18
• 代理公司: 錦州遼西專(zhuān)利事務(wù)所 21225
• 代理人: 李輝

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種高效太陽(yáng)能電池陷光結(jié)構(gòu)及其制作方法。

背景技術(shù)

太陽(yáng)電池是太陽(yáng)能利用的最主要形式，且因太陽(yáng)能具有儲(chǔ)量豐富、清潔、覆蓋面廣等特點(diǎn)，所以太陽(yáng)電池也被認(rèn)為是最具潛力的新能源形式。目前，已開(kāi)發(fā)出多種形式的太陽(yáng)電池，且部分已產(chǎn)業(yè)化，但多數(shù)仍處于實(shí)驗(yàn)室研制階段。從目前各種太陽(yáng)電池的研究方向看，光電轉(zhuǎn)換效率仍是這一領(lǐng)域最為關(guān)注的重要問(wèn)題，因?yàn)樗菦Q定電池成本的主要因素，是各類(lèi)電池間相互競(jìng)爭(zhēng)的關(guān)鍵參數(shù)，所以一直以來(lái)都是太陽(yáng)電池最重要的研究?jī)?nèi)容之一。

目前，人們已提出多種有效方法來(lái)提高電池的光電轉(zhuǎn)換效率，如層疊異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)、波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)和陷光結(jié)構(gòu)等。

其中陷光結(jié)構(gòu)可分為如下幾類(lèi)：

1、上表面織構(gòu)化設(shè)計(jì)。通常采用“V型槽”、“倒金字塔”或“金字塔”結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)可以將下表面反射來(lái)的光，重新反射回電池內(nèi)部，如新南威爾士大學(xué)（UNSW）開(kāi)發(fā)出發(fā)射結(jié)鈍化電池、斯坦福大學(xué)的背面點(diǎn)接觸電池和德國(guó)弗勞恩霍夫應(yīng)用研究促進(jìn)協(xié)會(huì)（Fraunhofer）太陽(yáng)能研究所的深結(jié)局部背場(chǎng)電池等。對(duì)電池上表面進(jìn)行形貌構(gòu)造，增強(qiáng)陷光效果，幾乎是所有高效電池的基本結(jié)構(gòu)之一。基于成本考慮，目前成熟產(chǎn)品采用的上表面陷光結(jié)構(gòu)是經(jīng)化學(xué)腐蝕形成的“金字塔”結(jié)構(gòu)。

2、下表面反射結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。下表面常采用金屬膜反射鏡或其它材料構(gòu)成全反膜結(jié)構(gòu)、“倒金字塔”結(jié)構(gòu)、光柵結(jié)構(gòu)等，來(lái)減小光的底面泄露。如UNSW開(kāi)發(fā)出發(fā)射結(jié)鈍化電池和斯坦福大學(xué)的背面點(diǎn)接觸電池，均采用鋁膜作為反射鏡；2010年上海理工大學(xué)報(bào)道了在下表面采用光柵結(jié)構(gòu)進(jìn)行陷光的實(shí)驗(yàn)結(jié)果等。這些下表面的反射結(jié)構(gòu)中，比較常用的是金屬或其它材料構(gòu)成的全反射膜結(jié)構(gòu)。

上述陷光結(jié)構(gòu)的作用是：通過(guò)光程的控制，延長(zhǎng)了光與吸光材料的反應(yīng)時(shí)間。但陷光結(jié)構(gòu)本身并不具備光場(chǎng)和光生載流子的管理作用，所以并不能達(dá)到最優(yōu)的陷光效果。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種可提高入射到電池內(nèi)部光場(chǎng)的光電轉(zhuǎn)換效率的高效太陽(yáng)能電池陷光結(jié)構(gòu)及其制作方法，該結(jié)構(gòu)不但起到了有效陷光的作用，而且對(duì)光場(chǎng)及其激發(fā)的光生載流子同時(shí)進(jìn)行了有效的控制和管理，為充分利用入射光場(chǎng)和高效收集光生載流子提供了極為有利的條件，從而可使電池的光電轉(zhuǎn)換效率最大化。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：

一種高效太陽(yáng)能電池陷光結(jié)構(gòu)，包括太陽(yáng)電池?cái)U(kuò)散片3，其特殊之處是在太陽(yáng)電池?cái)U(kuò)散片3上設(shè)有多個(gè)柱形的二維光子晶體4，通過(guò)柱形的二維光子晶體4在太陽(yáng)電池?cái)U(kuò)散片3上劃分多個(gè)微區(qū)301，在太陽(yáng)電池?cái)U(kuò)散片3上對(duì)應(yīng)微區(qū)301的邊緣處設(shè)埋柵電極并通過(guò)埋柵電極實(shí)現(xiàn)內(nèi)部電極間的互聯(lián)，在劃分的微區(qū)301上設(shè)有微型半透鏡6，所述的微型半透鏡6形成陣列結(jié)構(gòu)，在太陽(yáng)電池?cái)U(kuò)散片3背面設(shè)有一維光子晶體全方向反射鏡1，在微型半透鏡6上設(shè)增透膜。

上述的微型半透鏡6為單層或多層。

上述的微區(qū)301直徑為太陽(yáng)電池?cái)U(kuò)散片3中少子擴(kuò)散長(zhǎng)度的1～2倍。

上述的微型半透鏡6直徑為微區(qū)301直徑的1～1.5倍。

上述的微區(qū)301直徑為100mm～500mm。

上述的微型半透鏡6呈三角晶格或正方晶格排列。

一種高效太陽(yáng)能電池陷光結(jié)構(gòu)的制備方法，其特殊之處是步驟如下：

1）芯片準(zhǔn)備，取太陽(yáng)電池?cái)U(kuò)散片，進(jìn)行工藝參數(shù)測(cè)試；

2）在太陽(yáng)電池?cái)U(kuò)散片上進(jìn)行環(huán)形二維光子晶體的制作，通過(guò)二維光子晶體的完全帶隙形成二維光子晶體全反鏡，將太陽(yáng)能電池?cái)U(kuò)散片劃分成多個(gè)微區(qū)；

3）在太陽(yáng)電池?cái)U(kuò)散片上制作埋柵電極；

4）在太陽(yáng)電池?cái)U(kuò)散片背面制作一維光子晶體全向反射鏡；

5）在太陽(yáng)電池?cái)U(kuò)散片正面制作微型半透鏡；

6）在微型半透鏡上制作增透膜。

上述的微型半透鏡為單層或多層。

上述的微區(qū)直徑為太陽(yáng)電池?cái)U(kuò)散片中少子擴(kuò)散長(zhǎng)度的1～2倍，所述的微型半透鏡直徑為微區(qū)直徑的1～1.5倍。

上述的微區(qū)直徑為100mm～500mm。

本發(fā)明主要采用常規(guī)半導(dǎo)體工藝和微光學(xué)器件加工工藝，如光刻、離子束刻蝕和薄膜沉積工藝實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能電池陷光結(jié)構(gòu)的制備。該結(jié)構(gòu)具有以下有益效果：

1、?縱向光場(chǎng)管理和陷光