[發(fā)明專(zhuān)利]非晶硅中間帶太陽(yáng)能電池及其制備方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210375872.7
• 申請(qǐng)日: 2012-09-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102891191A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-01-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周天微;曹權(quán);左玉華;王啟明
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所
• 主分類(lèi)號(hào): H01L31/0352
• 分類(lèi)號(hào): H01L31/0352;H01L31/075;H01L31/20
• 代理公司: 中科專(zhuān)利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 宋焰琴

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光伏新能源技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種非晶硅中間帶太陽(yáng)能電池及其制備方法。

背景技術(shù)

當(dāng)電力、煤炭、石油等不可再生能源頻頻告急，能源問(wèn)題日益嚴(yán)重。太陽(yáng)能光伏發(fā)電作為最有希望的新能源之一，成為人們研究的熱點(diǎn)。硅基太陽(yáng)電池由于資源豐富、發(fā)展歷史較早且技術(shù)比較成熟，一直處于領(lǐng)先地位，但由于材料和工藝的限制，很難降低成本。而非晶硅在可見(jiàn)范圍的光吸收吸收遠(yuǎn)高于晶體硅，所以電池可以很薄，而且非晶硅電池的制備方法簡(jiǎn)單、成本低，因而成為目前人們所關(guān)注的研究課題之一。

非晶硅薄膜電池由于轉(zhuǎn)換效率低而嚴(yán)重阻礙了產(chǎn)業(yè)化推廣應(yīng)用。而制約效率提高的關(guān)鍵因素在于反射損耗高、表面復(fù)合大、收集效率低及長(zhǎng)波響應(yīng)差。為了挽回長(zhǎng)波損失，利用雜質(zhì)工程，在非晶硅禁帶中形成深能級(jí)中間帶是突破紅外波段響應(yīng)的一項(xiàng)重要的優(yōu)選途徑。中間帶的引入，將可見(jiàn)與紅外兼容一體，可以有效利用原先未利用的低能光子，增加短路電流輸出。在保證開(kāi)路電壓不變的前提下，增加電池的轉(zhuǎn)換效率。

雖然非晶硅中間帶可以增加在長(zhǎng)波波段的光譜吸收，但是非晶硅中間帶的制備仍然有很多困難。尤其是由于重?fù)诫s引起的強(qiáng)散射和非晶硅本身的帶尾態(tài)、懸掛鍵，影響載流子的遷移率和有效收集運(yùn)輸，導(dǎo)致光生載流子收集效率低。

發(fā)明內(nèi)容

(一)要解決的技術(shù)問(wèn)題

有鑒于此，本發(fā)明提供了一種制備非晶硅中間帶太陽(yáng)能電池及其制備方法，以提高光生載流子的收集效率。

(二)技術(shù)方案

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種非晶硅中間帶太陽(yáng)能電池，包括：導(dǎo)電襯底；n型納米線，形成于導(dǎo)電襯底上；非晶硅中間帶層，形成于n型納米線上；p型非晶硅層，形成于非晶硅中間帶層上；透明導(dǎo)電薄膜層，形成于p型非晶硅層上。

根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，還提供了一種非晶硅中間帶太陽(yáng)能電池的制備方法，包括：在導(dǎo)電襯底上制備納米線；對(duì)納米線進(jìn)行摻雜形成n型納米線；在n型納米線上生長(zhǎng)非晶硅中間帶本征材料；在非晶硅中間帶本征材料上生長(zhǎng)p型非晶硅層；在p型非晶硅層上制備透明導(dǎo)電薄膜層，從而完成非晶硅中間帶太陽(yáng)能電池的制備。

(三)有益效果

從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明制備非晶硅中間帶太陽(yáng)能電池及其制備方法具有以下有益效果：

(1)納米線材料具有高度取向性、占空比和比表面可控的特性，從而為光生載流子提供快捷通道，減少?gòu)?fù)合，提高了光生載流子的收集效率；

(2)中間帶材料中過(guò)渡金屬雜質(zhì)的引入能有效拓展光譜的吸收范圍，改善長(zhǎng)波吸收，從而提高了電池轉(zhuǎn)換效率。

附圖說(shuō)明

圖1為依照本發(fā)明實(shí)施例的非晶硅中間帶太陽(yáng)能電池的剖面示意圖；

圖2為依照本發(fā)明實(shí)施例的制備非晶硅中間帶太陽(yáng)能電池方法的流程圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例非晶硅中間帶太陽(yáng)電池與普通非晶硅p-i-n結(jié)構(gòu)太陽(yáng)電池在近紅外波段的吸收譜對(duì)比圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。需要說(shuō)明的是，在附圖或說(shuō)明書(shū)描述中，相似或相同的部分都使用相同的圖號(hào)。附圖中未繪示或描述的實(shí)現(xiàn)方式，為所屬技術(shù)領(lǐng)域中普通技術(shù)人員所知的形式。

另外，雖然本文可提供包含特定值的參數(shù)的示范，但應(yīng)了解，參數(shù)無(wú)需確切等于相應(yīng)的值，而是可在可接受的誤差容限或設(shè)計(jì)約束內(nèi)近似于相應(yīng)的值。

本發(fā)明的技術(shù)方案是利用電化學(xué)法或水熱法在襯底上制備納米線。將納米線放入磁控濺射或PECVD等材料生長(zhǎng)設(shè)備中，生長(zhǎng)本征非晶硅、非晶硅中間帶材料、P型非晶硅，形成ZnO納米線/i型本征非晶硅中間帶材料/p型非晶硅結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)稱(chēng)：n-i(IB)-p徑向結(jié)構(gòu)。其中，i代表i層本征非晶硅，IB代表中間帶。最后沉積ITO層，形成納米徑向結(jié)構(gòu)的非晶硅中間帶太陽(yáng)能電池。

在本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例中，提供了一種非晶硅中間帶太陽(yáng)能電池。如圖1所示，該非晶硅中間帶太陽(yáng)能電池包括：導(dǎo)電襯底，及依次形成于該導(dǎo)電襯底上的表層經(jīng)過(guò)鈍化的n型ZnO納米線、非晶硅中間帶層、p型非晶硅層和透明導(dǎo)電薄膜層。

本實(shí)施例中，采用的襯底可以是不銹鋼襯底，也可以是導(dǎo)電玻璃襯底。本領(lǐng)域技術(shù)人員也可以根據(jù)需要采用其他類(lèi)型的襯底。

上述的n型ZnO納米線中，按照半導(dǎo)體領(lǐng)域通常的做法，其是對(duì)生產(chǎn)的ZnO納米線進(jìn)行氮磷摻雜來(lái)形成的。此外，由于n型ZnO納米線的比表面積大，表面態(tài)多，所以在表面濺射生長(zhǎng)一層缺陷態(tài)較低的本征非晶硅層，可以鈍化納米線的表面態(tài)。