[發明專利]一種pn結陣列受光結構的太陽電池

無效

• 申請號: 201210273976.7
• 申請日: 2012-08-03
• 公開（公告）號: CN102820287A
• 公開（公告）日: 2012-12-12
• 發明（設計）人: 鄧惠勇;郭建華;邱鋒;呂英飛;胡淑紅;胡古今;戴寧
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海技術物理研究所
• 主分類號: H01L25/04
• 分類號: H01L25/04;H01L31/0687;H01L31/0352
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 郭英

技術領域

本發明涉及太陽電池技術，特別涉及一種pn結陣列受光結構的太陽電池，它特別適合于制備高轉換效率、低成本的太陽電池。

背景技術

太陽電池是一種可以將太陽光轉換為電能的元器件，是一種可持續發展的新能源，受到了各國政府的高度重視，特別是在中國政府的大力支持下，我國出現了一批有國際影響力的太陽能高科技公司。然而，由于存在光電轉換效率低、成本較高的難題，當前的太陽電池的相關企業或公司的發展仍然離不開政府的支持，在一定時期仍然是一種較“奢侈”的新能源。因此，提高太陽電池的轉換效率與降低成本是太陽電池領域亟待解決的核心問題。

圍繞這一核心問題，太陽電池的發展經歷了三個階段：第一階段以晶體硅（Si）為代表，其特點是轉換效率高、壽命長和穩定性好，但原料消耗大，成本偏高；第二階段是以Si、碲化鎘和銅銦鎵硒、染料敏化電池為代表的薄膜電池，其優點是原料消耗小，成本較低，但轉換效率不如晶體Si電池；第三階段是基于新效應、新原理的寬光譜、高效率與低成本的電池，它代表了太陽電池的發展方向，主要有疊層太陽電池、基于多激子產生效應的量子點電池、中間帶隙電池、熱載流子電池與熱光伏電池等。這些電池的共同特點是：由于采用了層狀結構，太陽光入射至工作區（如pn結附近）都必須穿過一層薄膜，例如Si太陽電池的n型或p型層薄膜，而該層薄膜對大于其帶隙的高能光子具有很大的吸收系數，極大降低了到達工作區的太陽光的強度，從而降低了電池的光電轉換效率。因此，如何設計一種新型結構的電池，使得太陽光入射至工作區（如pn結附近）時無須穿越頂層薄膜可以極大提高電池的轉換效率。

發明內容

本發明的目的是提供一種pn結陣列受光結構的太陽電池，解決當前太陽電池的頂層薄膜對太陽光的強吸收的難題，避免了太陽光入射至pn結前的能量損耗，提高了電池的轉換效率。

pn結陣列受光結構的太陽電池結構特征在于：

在n型或p型半導體材料襯底上通過熱擴散或其它工藝形成等間隔的周期性排列的pn結陣列，pn結陣列的寬度為0.2～3μm，深度為5～20μm；將n型及p型層分別串聯起來形成太陽電池。

電池工作時，太陽光直接入射至pn結陣列。

本發明的優點是：

1.工作時太陽光無須穿越頂層薄膜，直接照射至pn結陣列，解決了當前太陽電池的頂層薄膜對太陽光的強吸收的難題，避免了太陽光入射至pn結前的能量損耗，從而提高了太陽電池的光電轉換效率。

2.本發明結構簡單，制備成本低，并且與現有的半導體制備工藝相兼容，容易推廣應用。

附圖說明

圖1為本發明的實施例的n型Si襯底的背面重摻雜后的示意圖。

圖2為本發明的實施例的圖1的樣品表面被SiO₂薄膜部分覆蓋后的示意圖。

圖3為本發明的實施例的圖2的樣品表面被光刻膠覆蓋、曝光顯影后的示意圖。

圖4為本發明的實施例的圖3的樣品進行p型摻雜后的示意圖。

圖5為本發明的實施例的圖4的樣品表面蒸鍍金屬電極后的示意圖。

圖6為本發明的實施例的圖5的樣品表面的俯視圖。

圖7為pn結陣列受光結構的太陽電池結構原理圖。

具體實施方式

下面以制備與本發明專利具有相同結構的Si太陽電池為例具體說明本發明的太陽電池的結構與一般的制備方法。

①襯底背面重摻雜：如圖1所示，將n型Si襯底1洗凈后采用熱擴散的方式摻入VI族元素，形成重摻雜的n⁺型層2。

②熱氧化制備表面部分覆蓋的SiO₂絕緣層：為了防止在光照面制備歐姆接觸時直接導通n型層與p型層，接著采用熱氧化與化學蝕刻的方法在n型層表面覆蓋二條平形的帶狀SiO₂薄膜3，如圖2所示。

③制備柵狀結構的光刻膠層：采用旋涂法在樣品的表面旋涂一層光刻膠，并顯影成等間隔的周期性排列的柵狀結構4，如圖3所示。

④制備p型層：采用熱擴散技術摻入B原子，形成周期性排列的p型層5，如圖4所示。

⑤制備歐姆接觸：溶解掉光刻膠，接著采用熱蒸發技術蒸鍍金屬薄膜，形成前電極歐姆接觸6與背電極歐姆接觸7，如圖5所示。為了便于說明本發明的結構，圖6給出了形成歐姆接觸后電池的俯視圖。