CN101692464B - 一种具有纳米棒阵列光耦合元的叠层太阳电池 - Google Patents

一种具有纳米棒阵列光耦合元的叠层太阳电池 Download PDF

Info

Publication number
CN101692464B
CN101692464B CN2009100947087A CN200910094708A CN101692464B CN 101692464 B CN101692464 B CN 101692464B CN 2009100947087 A CN2009100947087 A CN 2009100947087A CN 200910094708 A CN200910094708 A CN 200910094708A CN 101692464 B CN101692464 B CN 101692464B
Authority
CN
China
Prior art keywords
solar cell
cell
quantum dot
optical coupling
coupling element
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN2009100947087A
Other languages
English (en)
Other versions
CN101692464A (zh
Inventor
杨培志
刘黎明
郝瑞亭
杨雯
莫镜辉
邓书康
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Yunnan Normal University
Original Assignee
Yunnan Normal University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Yunnan Normal University filed Critical Yunnan Normal University
Priority to CN2009100947087A priority Critical patent/CN101692464B/zh
Publication of CN101692464A publication Critical patent/CN101692464A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN101692464B publication Critical patent/CN101692464B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/52—PV systems with concentrators

Abstract

本发明涉及一种具有纳米棒阵列光耦合元的叠层太阳电池，属太阳电池技术领域。本发明的具有纳米棒阵列光耦合元的叠层太阳电池为：采用垂直的ZnO，TiO2和SiO2纳米棒阵列作为光耦合元的叠层太阳电池由上、中、下三个电池构成；其中：下电池是带隙为1.1eV的常规的Si电池，上电池和中电池为Si量子点电池，上、下两个Si量子点太阳电池的带隙选择分别为2eV和1.5eV，对应的Si量子点的尺寸分别为20~40nm和65~85nm。其中：量子点采用以SiO2、Si3N4和SiC为基质的Si、Ge、Sn量子点。叠层太阳电池的数目是1个，2个，3个，…直到n个。本发明的优点是：从根本上提高太阳电池对太阳光谱的吸收效率和转换效率，有效提高了太阳电池的光电转换效率，制备工艺简单，制造成本低。

Description

一种具有纳米棒阵列光耦合元的叠层太阳电池
技术领域：
本发明涉及一种具有纳米棒阵列光耦合元的叠层太阳电池，属太阳电池技术领域。
背景技术：
高效太阳电池一直是光伏研究领域的热点之一。限制太阳电池光电转换效率的因素主要有两个，一是光谱响应本来应该为有效光，却因太阳电池表面反射而产生能量损失；二是太阳电池光谱响应与太阳光谱不匹配而产生能量损失，即低于能隙的光子不被吸收，高于能隙的光子以晶格热振动形式失去多余能量。为减小能量损失，高效太阳电池需要发展两大技术：(1)将太阳光高效引入到太阳电池能量转换区域的技术；(2)在太阳电池能量转换区域将太阳能高效转换成电能的技术。
晶体硅太阳电池常用各向异性刻蚀制造表面织构的减反射层，从而有效捕获太阳光，抑制表面反射。对于薄膜太阳电池，目前主要采用减反射层技术来降低太阳电池表面反射引起的能量损失。减反射层一般采用1/4波长厚度的介质层(如Si3N4、SiO2)，利用光的干涉效应来降低表面反射，但一种材料的单层的减反射层通常只能针对某一波长减小反射，实际应用需要多层结构的减反射层，并且往往需要采用不同的材料，因此多层减反射层结构的匹配设计难度大，制造技术要求高。多结的叠层太阳电池已证实是有效提高太阳电池光电转换效率的技术，其原理是利用不同带隙的材料吸收不同波段的太阳光，增加太阳光谱响应的范围，并增强与太阳光谱响应的匹配度，从而大幅度提高转换效率。但多结的叠层太阳电池结构需要不同带隙的材料，因此其实际应用常常受到材料的限制。
发明内容：
本发明的目的在于克服现有技术之不足，而提供一种能有效提高太阳电池的光电转换效率，制备工艺简单，制造成本低的具有纳米棒阵列光耦合元的叠层太阳电池。
本发明充分利用纳米棒阵列优异的光耦合效应产生的宽光谱抗反射特性，使尽可能多的太阳光输入到太阳电池表面，并利用半导体量子点材料特殊的量子尺寸效应，使太阳电池的光谱响应与太阳光谱实现较完美的匹配，最终从根本上有效提高太阳电池的光电转换效率。本发明采用的半导体量子点材料采用同一种材料，可以大大拓宽材料和衬底的选择范围。
本发明的具有纳米棒阵列光耦合元的叠层太阳电池技术方案为：采用垂直的ZnO，TiO2和SiO2纳米棒阵列作为光耦合元的叠层太阳电池由上、中、下三个电池构成；其中：下电池是带隙为1.1eV的常规的Si电池，上电池和中电池为Si量子点电池，上、下两个Si量子点太阳电池的带隙选择分别为2eV和1.5eV，对应的Si量子点的尺寸分别为20~40nm和65~85nm。其中：
具有纳米棒阵列光耦合元的叠层太阳电池的量子点采用以SiO2、Si3N4和SiC为基质的Si、Ge、Sn量子点。
具有纳米棒阵列光耦合元的叠层太阳电池的数目可以是1个，2个，3个，…，直到n个。
本发明的优点是：从根本上提高太阳电池对太阳光谱的吸收效率和光电转换效率，从而有效提高太阳电池的光电转换效率；其次，量子点采用同一种材料，提高了材料和衬底选择的灵活性，制备工艺简化，降低了电池的制造成本。
附图说明：
图1为具有ZnO纳米棒阵列抗反射层的Si量子点叠层太阳电池的示意图。
图2为采用Si量子点的叠层太阳电池的示意图。
具体实施方式：
实施例1：
如图1所示，实施例采用垂直的ZnO纳米棒阵列为减反射层。ZnO具有合适的折射指数(n＝2)和带隙(~3.3eV)，用于太阳电池的减反射层，具有高透射、低的宽光谱反射和低吸收的优点。如图2所示，叠层太阳电池采用了上、中、下三个电池，下电池采用常规的Si电池(带隙为1.1eV)，上电池和中电池采用Si量子点电池，为实现太阳光谱的吸收匹配，上、下两个Si量子点太阳电池的带隙选择分别为2eV和1.5eV，对应的Si量子点的尺寸分别为20nm和65nm。半导体量子点采用以SiO2、Si3N4和SiC为基质的Si量子点。根据需要，量子点叠层子电池的数目是1个，2个，3个，…，直到n个。电池材料采用Si和ZnO，其资源丰富，无公害，电池制造采用低温PECVD技术、低温快速光热退火技术和低温电化学沉积技术集成制造，能实现高效、低成本、长寿命和环境友好的目标。本实施例中半导体量子点材料并不限于Si量子点，还能采用Ge及Sn半导体量子点。
实施例2：
实施例采用垂直的TiO2纳米棒阵列为减反射层。TiO2具有合适的折射系数和带隙(~3.2eV)，用于太阳电池的减反射层，具有高透射、低的宽光谱反射和低吸收的优点。如图2所示，叠层太阳电池采用了上、中、下三个电池，下电池采用常规的Si电池(带隙为1.1eV)，上电池和中电池采用Si量子点电池，为实现太阳光谱的吸收匹配，上、下两个Si量子点太阳电池的带隙选择分别为2eV和1.5eV，对应的Si量子点的尺寸分别为20nm和65nm。半导体量子点采用以SiO2、Si3N4和SiC为基质的Si量子点。根据需要，量子点叠层子电池的数目是1个，2个，3个，…，直到n个。电池材料采用Si和TiO2，其资源丰富，无公害，电池制造采用低温PECVD技术、低温快速光热退火技术和低温电化学沉积技术集成制造，能实现高效、低成本、长寿命和环境友好的目标。本实施例中半导体量子点材料并不限于Si量子点，还可以采用Ge、Sn等半导体量子点。
实施例3：
实施例采用垂直的SiO2纳米棒阵列为减反射层。SiO2具有合适的折射系数(~1.8)，用于太阳电池的减反射层，具有高透射、低的宽光谱反射的优点。如图2所示，叠层太阳电池采用了上、中、下三个电池，下电池采用常规的Si电池(带隙为1.1eV)，上电池和中电池采用Si量子点电池，为实现太阳光谱的吸收匹配，上、下两个Si量子点太阳电池的带隙选择分别为2eV和1.5eV，对应的Si量子点的尺寸分别为20nm和65nm。半导体量子点采用以SiO2、Si3N4和SiC为基质的Si量子点。根据需要，量子点叠层子电池的数目是1个，2个，3个，…，直到n个。电池材料采用Si和SiO2，其资源丰富，无公害，电池制造采用低温PECVD技术、低温快速光热退火技术和低温电化学沉积技术集成制造，可实现高效、低成本、长寿命和环境友好的目标。本实施例中半导体量子点材料并不限于Si量子点，还可以采用Ge、Sn等半导体量子点。

Claims (2)

1.一种具有纳米棒阵列光耦合元的叠层太阳电池，其特征在于采用垂直的ZnO或TiO2或SiO2纳米棒阵列作为光耦合元的叠层太阳电池由上、中、下三个电池构成；其中：下电池是带隙为1.1eV的Si电池，上电池和中电池为Si量子点电池，上、下两个Si量子点太阳电池的带隙选择分别为2eV和1.5eV，对应的Si量子点的尺寸分别为20和65nm。
2.如权利要求1所述的具有纳米棒阵列光耦合元的叠层太阳电池，其特征在于量子点采用以SiO2、Si3N4和SiC为基质的Si、Ge或Sn量子点。
CN2009100947087A 2009-07-09 2009-07-09 一种具有纳米棒阵列光耦合元的叠层太阳电池 Expired - Fee Related CN101692464B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2009100947087A CN101692464B (zh) 2009-07-09 2009-07-09 一种具有纳米棒阵列光耦合元的叠层太阳电池

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2009100947087A CN101692464B (zh) 2009-07-09 2009-07-09 一种具有纳米棒阵列光耦合元的叠层太阳电池

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101692464A CN101692464A (zh) 2010-04-07
CN101692464B true CN101692464B (zh) 2011-09-14

Family

ID=42081134

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2009100947087A Expired - Fee Related CN101692464B (zh) 2009-07-09 2009-07-09 一种具有纳米棒阵列光耦合元的叠层太阳电池

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN101692464B (zh)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7951638B1 (en) * 2010-01-07 2011-05-31 Atomic Energy Council-Institute of Nuclear Research Method for making a textured surface on a solar cell
CN102244115A (zh) * 2010-05-10 2011-11-16 济南光中新能源科技开发有限公司 无机薄膜吸收层太阳能电池
CN102117843A (zh) * 2011-01-18 2011-07-06 东南大学 一种太阳能电池用透明导电减反射薄膜及其制备方法
CN103545400B (zh) * 2013-09-27 2016-03-30 上海师范大学 Si纳米杆/QDs复合硅基太阳能电池片及其制备方法
CN103708546B (zh) * 2014-01-08 2015-08-26 安徽工业大学 一种氧化锌/氧化钛复合纳米棒的制备方法
CN104201228A (zh) * 2014-07-21 2014-12-10 同济大学 宽光谱宽角度椭圆纳米线阵列薄膜太阳能电池陷光结构
CN107527962B (zh) * 2017-08-07 2019-02-26 北京工业大学 一种高感光面积的斜向ZnO纳米线/GaN异质结太阳能电池

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006032564A (ja) * 2004-07-14 2006-02-02 Hiroshima Univ Ｍｏｓ電界効果トランジスタ型量子ドット発光素子および受光素子、これらを利用した光電子集積チップおよびデータ処理装置
CN1910759A (zh) * 2004-01-20 2007-02-07 瑟雷姆技术公司 具有外延生长量子点材料的太阳能电池
JP2007158227A (ja) * 2005-12-08 2007-06-21 Fujitsu Ltd 赤外線検知器及びその製造方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1910759A (zh) * 2004-01-20 2007-02-07 瑟雷姆技术公司 具有外延生长量子点材料的太阳能电池
JP2006032564A (ja) * 2004-07-14 2006-02-02 Hiroshima Univ Ｍｏｓ電界効果トランジスタ型量子ドット発光素子および受光素子、これらを利用した光電子集積チップおよびデータ処理装置
JP2007158227A (ja) * 2005-12-08 2007-06-21 Fujitsu Ltd 赤外線検知器及びその製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN101692464A (zh) 2010-04-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101692464B (zh) 一种具有纳米棒阵列光耦合元的叠层太阳电池
CN101771095B (zh) 太阳能电池
KR102095100B1 (ko) 마이크로 광학 구조를 이용한 4단자 다중 접합 태양전지
US20110061729A1 (en) Solar Cell and Method of Manufacturing the Same
CN101399292B (zh) 一种用于光伏发电的高温热辐射集成器件
CN104157714B (zh) 一种非晶/微晶硅叠层太阳能电池
TW201324804A (zh) 具奈米疊層透明電極之太陽電池及其製造方法
CN101859807B (zh) 一种GaAs单结太阳能电池
US9947824B1 (en) Solar cell employing nanocrystalline superlattice material and amorphous structure and method of constructing the same
TW201123483A (en) Thin film solar cell and manufacturing method thereof
JP5409490B2 (ja) 光起電力装置およびその製造方法
CN202004002U (zh) 单晶硅太阳能电池用叠层减反射膜
CN103000705A (zh) 一种晶体硅太阳能电池减反射膜
CN102496633A (zh) 一种GaAs系太阳能电池的多层减反射膜
CN103165686B (zh) 一种具有减反射膜的五结太阳能电池
TWI470814B (zh) 太陽能電池
JP5542038B2 (ja) 薄膜太陽電池およびその製造方法、薄膜太陽電池モジュール
Hossain et al. Optics in high efficiency perovskite tandem solar cells
CN110246906A (zh) 一种多层薄膜太阳能电池及其薄膜厚度设计方法
CN102723378A (zh) 类单晶硅太阳能电池用叠层减反射膜
CN102931242A (zh) 一种晶体硅太阳能电池多层二氧化硅减反射膜
CN202796967U (zh) 类单晶硅太阳能电池用叠层减反射膜
CN102097509A (zh) 一种叠层薄膜非微晶硅太阳能电池五层结构的设计
JP5930214B2 (ja) 光電変換素子
CN112909104B (zh) 一种双层分裂式光栅结构的硅基薄膜太阳能电池

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20110914

Termination date: 20150709

EXPY Termination of patent right or utility model