[發明專利]納米孔與金屬顆粒復合陷光結構太陽能電池及制備方法

無效

• 申請號: 201310121413.0
• 申請日: 2013-04-09
• 公開（公告）號: CN103219411A
• 公開（公告）日: 2013-07-24
• 發明（設計）人: 陳燕坤;韓偉華;洪文婷;楊富華
• 申請（專利權）人: 中國科學院半導體研究所
• 主分類號: H01L31/055
• 分類號: H01L31/055;H01L31/18;H01L31/0216
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 湯保平

技術領域

本發明涉及一種太陽能電池及其制備方法，特別是關于一種納米孔與金屬顆粒復合陷光結構太陽能電池及制備方法。

背景技術

傳統化石能源的枯竭和環境污染迫使人們積極開發可再生能源。太陽能作為一種可再生能源之一，具有儲量豐富、清潔和長久等優點，將在未來的能源格局中占據重要地位。太陽能電池是把太陽能直接轉化為電能的器件。硅基太陽能電池由于材料來源豐富、無毒、穩定性好和工藝條件成熟等優點，是目前光伏市場的主流。為了增加太陽能電池的光吸收，常用的一種方法是采用減反膜消除表面反射；另一種方法是表面陷光結構。工業上通常采用倒金字塔結構，特征尺寸為微米量級。對于第二代低成本薄膜太陽能電池，吸收層僅僅為幾微米厚，在表面制作這種倒金字塔結構是不可行的。

隨著納米科學技術的發展，納米陷光結構提高太陽能電池的光吸收成為研究熱點。納米陷光結構如金屬納米顆粒、納米線和納米孔具有獨特的光電特性，如金屬顆粒的表面等離子體散射和近場增強，納米線和納米孔的量子尺寸效應、熱電特性、比表面積增加引起的光敏度和生化靈敏度增強。2006年Derkacs等人通過旋涂含有金納米顆粒的溶液在非晶硅太陽能電池的表面ITO層上沉積金納米顆粒，金屬顆粒作為亞波長散射體把太陽光耦合和限制在太陽能電池的吸收層內，短路電流密度增加8.1％，轉換效率增加8.3％。2011年Huang等人用濕法腐蝕制制備了無序硅納米線太陽能電池，轉換效率為10.1％。Peng等人用深紫外光刻制備了有序硅納米孔太陽能電池，轉換效率為9.5％。相比于硅納米線，硅納米孔具有機械穩定好，不易坍塌的優點。

為了進一步提高太陽能電池的光吸收，我們提出了一種納米孔與金屬顆粒復合陷光結構太陽能電池及制備方法，既兼顧硅納米孔和金屬顆粒的陷光吸收特性，又兼顧硅納米孔的機械穩定性，同時硅納米孔和金屬顆粒的陷光結構參數可以分別優化。此外，與常規有序納米孔圖形的制備方法如電子束曝光、納米壓印和深紫外光刻相比，本方法在制備有序納米孔圖形方面具有不需要掩膜板、簡單和快速的優點。

發明內容

本發明的主要目的在于提供一種納米孔與金屬顆粒復合陷光結構太陽能電池及制備方法，以提高太陽能電池的光吸收和光電轉換效率。

本發明的目的及技術問題是通過以下技術方案來實現的：

本發明提供一種納米孔與金屬顆粒復合陷光結構太陽能電池，包括：

一P型硅基材料薄膜；

一N+型硅納米孔二維陣列層，其制作在P型硅基材料薄膜的上表面，該N+型硅納米孔二維陣列層上有納米孔；

Ti/Pd/Ag條形歐姆金屬電極，該Ti/Pd/Ag條形歐姆金屬電極為條狀，其間隔交叉地制作在N+型硅納米孔二維陣列層的表面，并覆蓋部分納米孔；

一P+型背電極接觸層，其制作在P型硅基材料薄膜的下表面；

一鈍化層，其制作在P+型背電極接觸層的表面，該鈍化層形成有條形窗口區；

Al金屬歐姆電極，其制作在鈍化層條形窗口區內；

一金屬顆粒層，其制作在鈍化層的表面。

本發明還提供一種納米孔與金屬顆粒復合陷光結構太陽能電池的制備方法，包括如下步驟：

步驟1：在P型硅基材料薄膜的上表面采用磷擴散、納米光刻技術及干法刻蝕技術，制作一層N+型硅納米孔二維陣列層，該N+型硅納米孔二維陣列層上有納米孔，在P型硅基材料薄膜和N+型硅納米孔二維陣列層之間形成PN+結；

步驟2：在P型硅基材料薄膜下表面采用硼擴散形成P+型背電極接觸層；

步驟3：在P+型背電極接觸層的表面采用PECVD沉積方法，制作鈍化層；

步驟4：采用光刻與刻蝕技術，在鈍化層上開有多條條形窗口；

步驟5：在鈍化層的條形窗口中淀積金屬鋁，該金屬鋁與P+型背電極接觸層相接觸，形成歐姆接觸背電極；

步驟6：在N+型硅納米孔二維陣列層上，間隔交叉地制作Ti/Pd/Ag條形歐姆金屬電極，該Ti/Pd/Ag條形歐姆金屬電極覆蓋部分納米孔；

步驟7：在鈍化層上制備金屬顆粒層，完成制備。

本發明的有益效果是：

1、本發明設計的一種納米孔與金屬顆粒復合陷光結構太陽能電池的制備方法，既兼顧硅納米孔和金屬顆粒的陷光吸收特性，又兼顧硅納米孔的機械穩定性，同時硅納米孔和金屬顆粒的陷光結構參數可以分別優化，因此將具有更加良好的轉換池效率和性能。

2、本發明采用的光刻法制備納米孔陣列圖形，不需要掩膜板，制作成本低，步驟簡單，易于大面積制備有序的納米孔陣列。