[發明專利]一種三維硅基微納光子晶體太陽能電池

有效

• 申請號: 201710875369.0
• 申請日: 2017-09-25
• 公開（公告）號: CN107516690B
• 公開（公告）日: 2019-05-10
• 發明（設計）人: 萬勇;高競;徐勝;姜澄溢;劉浩楠
• 申請（專利權）人: 青島大學
• 主分類號: H01L31/068
• 分類號: H01L31/068;H01L31/0352
• 代理公司: 青島高曉專利事務所(普通合伙) 37104
• 代理人: 黃曉敏

本發明屬于太陽能電池技術領域，涉及一種三維硅基微納光子晶體太陽能電池，前接觸層下側面上設有前電極；前電極和背電極之間是三維硅基微納光子晶體太陽能電池結構，三維硅基微納光子晶體太陽能電池結構的上層為n型硅半導體層，下層為p型硅半導體層，前電極嵌入在n型硅半導體層的線缺陷波導底部，p型硅半導體能與背電極構成平面；背電極的底部設有背接觸層，背電極設置在p型硅半導體層的慢光區或禁帶區；其厚度小，節省材料，載流子擴散距離短、穩定性好、傳輸效率高；三維結構規整，而且靈活多變，其加工和復合技術成熟，能成為新一代最有潛力、低成本、高效太陽能電池器件。

技術領域：

本發明屬于太陽能電池技術領域，涉及一種新型的光子晶體太陽能電池結構，特別是一種充分利用光照、將陷光與光子禁帶和慢光效應有機結合、光電轉換效率高、材料節省的高效三維硅基微納光子晶體太陽能電池。

背景技術：

太陽能電池是一種將光能轉換為電能的半導體器件，是太陽能利用的重要形式。雖然按照基體材料劃分太陽能電池種類有很多，但目前應用廣泛的是硅基太陽能電池，這是因為硅原材料豐富，光電轉換效率高，光電性能穩定性和可靠性高，加工工藝技術成熟，不含有毒元素，不對環境造成污染，市場接受程度高等因素決定的。

硅基太陽能電池的實質是一個大面積的PN結，能量轉換的基礎是利用PN 結的光生伏打效應，將太陽能轉化為電能。目前工業化、大規模生產硅基PN結材料的技術已經成熟，但太陽能電池效率卻一直受到限制，為了使太陽能電池得到更普遍的應用，目前硅基太陽能電池研究的重點方向有兩個：一是提高光電轉換效率；二是降低成本。1954年貝爾實驗室制備的單晶硅太陽能電池效率只有 5.4％，而且初期的硅太陽能電池襯底厚度較厚；隨后幾年，單晶硅電池的效率增加到了10％；1973年第一次能源危機后，太陽能電池研究加快，不僅效率提高，而且成本也不斷下降。進入21世紀，為了綠色環保和可持續性發展，太陽能電池的研究進入快車道。現在，硅襯底的厚度可以從350～400μm降低到150～200μm，電池的效率沒有明顯減少，例如德國Fraunhofer公司制作的太陽能電池，效率可達到23.1％。但是，傳統的太陽能電池在厚度減少時，透射光的損失還會隨厚度的減少而增加。理論計算表明：材料薄至50μm時，由于電池厚度的減薄，結構對長波光子的吸收效率收減低。研究表明：只有采用陷光結構，才能保證電池的光電轉換效率，除了電池進光面減反和前電極盡量少覆蓋面積外，現有的陷光方式主要是在光線射入電池體內后，增加光在吸收層的路徑，使吸收層的折射率大于其上下層織構材料，使沒有吸收的光再次返回電池吸收層，進行二次或多次吸收，比如采用單層或多層減反膜，在硅表面沉積一層折射率逐漸變化的減反膜，或將減反膜技術和表面制絨技術相結合，制備出具有絨面結構的減反膜等，但這些技術存在反射波段較窄，制備工藝較難控制等不足，多數研究處于試驗階段。