CN103199131B - 一种电场增强型肖特基结太阳能电池结构 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种电场增强型肖特基结太阳能电池结构，包括电极板（1），绝缘层（2），背面电极（3），n型半导体（4），透明导电薄膜（5），金电极薄膜（6），导电玻璃（7），该结构太阳能电池同时存在透明电容结构外加电场，制备工艺简单，成本低廉，增强了太阳能电池的光转化效率，具有重要的实际应用价值。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，是一种电场增强型肖特基结太阳能电池结构。
背景技术
近年来，能源问题日益为人关注，新能源早已成为热门的研究课题，光伏产业已经成为国民经济的重要增长点，硅太阳能电池已经产业化。但民用的硅太阳能电池pn结中的n型半导体一般是通过离子扩散的方法在p型半导体上形成n型区域。这种离子扩散的方法所需的设备复杂，成本高昂。
肖特基结是一种金属与半导体的交界面，它与PN结相似，具有非线性阻抗特性(整流特性)。1938年德国的W.H.肖特基提出理论模型，对此特性作了科学的解释，故后来把这种金属与半导体的交界面称为肖特基结或肖特基势垒。半导体的逸出功一般比金属的小，故当金属与半导体(以N型为例)接触时,电子就从半导体流入金属，在半导体表面层内形成一个由带正电不可移动的杂质离子组成的空间电荷区，在此区中存在一个由半导体指向金属的电场，犹如筑起了一座高墙，阻止半导体中的电子继续流入金属。从肖特基势垒的能带可以看出：在界面处半导体的能带发生弯曲，形成一个高势能区，这就是肖特基势垒。电子必须具有高于这一势垒的能量才能越过势垒流入金属。当平衡时，肖特基势垒的高度是金属和半导体的逸出功的差值。肖特基结用于制作各种微波二极管，利用反向电容－电压特性制成变容二极管，如砷化镓肖特基变容管用于参量放大器、电调谐。
发明内容
本发明提供一种电场增强型肖特基结太阳能电池结构，提供了外加电场来增强电池的光电转化效率。电场具体的施加方式为在肖特基结太阳能电池两端加入电容器并充电，此种电场增强型肖特基结太阳能电池制备方法简单、有效、成本低廉，无需持续通电，在新能源技术领域有着潜在的应用价值。
一种电场增强型肖特基结太阳能电池结构包括电极板(1)，绝缘层(2)，背面电极(3)，n型半导体(4)，透明导电薄膜(5)，金电极薄膜(6)，导电玻璃(7)。
太阳能电池的结构为层叠结构，依次为电极板(1)、绝缘层(2)、背面电极(3)、n型半导体(4)、透明导电薄膜(5)，金电极薄膜(6)，导电玻璃(7)。
电极板(1)为金属薄膜电极，用于接外加电压的正极，电极材料为金、钛、镍、铬、铝、铁中任一种或任几种。
绝缘层(2)为硅酸盐玻璃、二氧化硅、电缆纸、浸渍剂、聚氯乙烯、聚乙烯、Si3N4、Al2O3中任一种或任几种。
背面电极(3)为Ti/Pd/Ag电极，用于接负载，背面电极和n型半导体(4)形成欧姆接触。
n型半导体(4)的功函数小于透明导电薄膜(5)的功函数。
透明导电薄膜(5)为金属薄膜、石墨稀薄膜、导电高分子薄膜、氧化铟锡薄膜、铝掺杂的氧化锌、氟掺杂的氧化锡中任一种或任几种。
透明导电薄膜(5)的边缘镀有用于接负载的金电极薄膜(6)。
导电玻璃(7)的绝缘面搭在金电极薄膜(6)之上，导电玻璃的导电面用于接外加电压的负极。
本发明是一种电场增强型肖特基结太阳能电池结构，施加的外加电场增强肖特基结内的空间电荷区的范围，也增强了内建电场的强度，可以使更多的光生电子空穴对分离，进而可以提高电池的光电转化效率，而且减少了半导体用量，成本较低。
附图说明
图1为本发明提供的电场增强型肖特基结太阳能电池结构示意图。其中，1为电极板，2为绝缘层，3为背面电极，4为n型半导体，5为透明导电薄膜，6为金电极薄膜，7为导电玻璃。
具体实施方式
本发明是一种电场增强型肖特基结太阳能电池结构，增强了电池的光电转化效率。
这种电场增强型肖特基结太阳能电池结构，为电极板(1)、绝缘层(2)、背面电极(3)、n型半导体(4)、透明导电薄膜(5)制备成依次的层叠结构。在透明导电薄膜(5)的边缘溅射或镀上一层金电极薄膜(6)，然后在金电极薄膜(6)的上面覆盖一块导电玻璃(7)，导电玻璃(7)的绝缘面起到绝缘层的作用，与金电极薄膜(6)接触。
电极板(1)为金属薄膜电极，接外加电压的正极，电极材料为金、钛、镍、铬、铝、铁中任一种或任几种。
绝缘层(2)为硅酸盐玻璃、二氧化硅、电缆纸、浸渍剂、聚氯乙烯、聚乙烯、Si3N4、Al2O3中任一种或任几种。
背面电极(3)为Ti/Pd/Ag电极，用于接负载，背面电极和n型半导体(4)形成欧姆接触。
n型半导体(4)的功函数小于透明导电薄膜(5)的功函数，这样透明导电薄膜(5)才会和n型半导体(4)组成肖特基结，在n型半导体(4)界面处生成空间电荷区和内建电场。
透明导电薄膜(5)为金属薄膜、石墨稀薄膜、导电高分子薄膜、氧化铟锡薄膜、铝掺杂的氧化锌、氟掺杂的氧化锡中任一种或任几种。
导电玻璃(7)的绝缘面搭在金电极薄膜(6)之上，在导电玻璃(7)的导电面和电极板(1)之间先施加电压，为由导电玻璃(7)和电极板(1)组成的电容器充电。电极板(1)接正电，导电玻璃(7)的导电面接负电，这样外加电场的方向是由电极板(1)指向导电玻璃(7)，使电容充电。
透明导电薄膜(5)的边缘镀有金电极薄膜(6)，背面电极(3)和金电极薄膜(6)接带有负载的外电路。
当外加电场施加后，增加了内建电场的强度和空间电荷区的宽度。当光照时，有更多的光生电子空穴对分离，并到达电极两端，从而产生更大的开路电压，更高的光电转化效率。
这种电场增强型肖特基结太阳能电池结构，采用外加的电容结构施加电场，电场稳定，电容充电，可以长久保持电场强度，其制备工艺简单，节省半导体材料使用量，成本低廉，可提高太阳能电池光效率，具有潜在的应用价值。
实施例1：
电场增强型肖特基结太阳能电池结构，为镍电极板(1)、二氧化硅绝缘层(2)、Ti/Pd/Ag背面电极(3)、n型半导体(4)、石墨稀透明导电薄膜(5)制备成依次的层叠结构。在透明导电薄膜(5)的边缘溅射或镀上一层金电极薄膜(6)，然后在金电极薄膜(6)的上面覆盖一块导电玻璃(7)，
背面电极和n型半导体(4)形成欧姆接触，导电玻璃(7)的绝缘面搭在金电极薄膜(6)之上，在导电玻璃(7)的导电面和电极板(1)之间先施加电压0.1V，为由导电玻璃(7)和电极板(1)组成的电容器充电。电极板(1)接正电，导电玻璃(7)的导电面接负电，这样外加电场的方向是由电极板(1)指向导电玻璃(7)，使电容充电。
当外加电场施加后，增加了内建电场的强度和空间电荷区的宽度。当光照时，光电转化效率为3.5％，比不施加电压的器件光电转化效率高出0.6％。这种电场增强型肖特基结太阳能电池结构，采用外加的电容结构施加电场，
电场稳定，电容充电，可以长久保持电场强度，其制备工艺简单，节省半导体材料使用量，成本低廉，可提高太阳能电池光效率，具有潜在的应用价值。
实施例2：
电场增强型肖特基结太阳能电池结构，为钛电极板(1)、硅酸盐玻璃绝缘层(2)、Ti/Pd/Ag背面电极(3)、n型硅半导体(4)、金属金透明导电薄膜(5)制备成依次的层叠结构。在透明导电薄膜(5)的边缘溅射或镀上一层金电极薄膜(6)，然后在金电极薄膜(6)的上面覆盖一块导电玻璃(7)，
背面电极和n型半导体(4)形成欧姆接触，导电玻璃(7)的绝缘面搭在金电极薄膜(6)之上，在导电玻璃(7)的导电面和电极板(1)之间先施加电压0.3V，为由导电玻璃(7)和电极板(1)组成的电容器充电。电极板(1)接正电，导电玻璃(7)的导电面接负电，这样外加电场的方向是由电极板(1)指向导电玻璃(7)，使电容充电。
当外加电场施加后，增加了内建电场的强度和空间电荷区的宽度。当光照时，光电转化效率为5.2％，比不施加电压的器件光电转化效率高出0.3％。
这种电场增强型肖特基结太阳能电池结构，采用外加的电容结构施加电场，电场稳定，电容充电，可以长久保持电场强度，其制备工艺简单，节省半导体材料使用量，成本低廉，可提高太阳能电池光效率，具有潜在的应用价值。
实施例3：
电场增强型肖特基结太阳能电池结构，为钛电极板(1)、Al2O3绝缘层(2)、Ti/Pd/Ag背面电极(3)、n型锗半导体(4)、铝掺杂的氧化锌透明导电薄膜(5)制备成依次的层叠结构。在透明导电薄膜(5)的边缘溅射或镀上一层金电极薄膜(6)，然后在金电极薄膜(6)的上面覆盖一块导电玻璃(7)，
背面电极和n型半导体(4)形成欧姆接触，导电玻璃(7)的绝缘面搭在金电极薄膜(6)之上，在导电玻璃(7)的导电面和电极板(1)之间先施加电压0.6V，为由导电玻璃(7)和电极板(1)组成的电容器充电。电极板(1)接正电，导电玻璃(7)的导电面接负电，这样外加电场的方向是由电极板(1)指向导电玻璃(7)，使电容充电。
当外加电场施加后，增加了内建电场的强度和空间电荷区的宽度。当光照时，光电转化效率为4.9％，比不施加电压的器件光电转化效率高出0.8％。
这种电场增强型肖特基结太阳能电池结构，采用外加的电容结构施加电场，电场稳定，电容充电，可以长久保持电场强度，其制备工艺简单，节省半导体材料使用量，成本低廉，可提高太阳能电池光效率，具有潜在的应用价值。
Claims (6)
1.一种电场增强型肖特基结太阳能电池结构，包括电极板(1)，绝缘层(2)，背面电极(3)，n型半导体(4)，透明导电薄膜(5)，金电极薄膜(6)，导电玻璃(7)，
该结构为层叠结构，依次为电极板(1)、绝缘层(2)、背面电极(3)、n型半导体(4)、透明导电薄膜(5)，金电极薄膜(6)，导电玻璃(7)，
所述的电极板(1)为金属薄膜电极，用于接外加电压的正极，电极材料为金、钛、镍、铬、铝、铁中任一种或任几种，
所述的导电玻璃(7)的绝缘面搭在金电极薄膜(6)之上，导电玻璃的导电面用于接外加电压的负极，
在电极板(1)与导电玻璃(7)间加电压充电后断开,形成电场。
2.根据权利要求1所述的电场增强型肖特基结太阳能电池结构，其特征在于所述的绝缘层(2)为硅酸盐玻璃、二氧化硅、电缆纸、浸渍剂、聚氯乙烯、聚乙烯、Si3N4、Al2O3中任一种或任几种。
3.根据权利要求1所述的电场增强型肖特基结太阳能电池结构，其特征在于所述的背面电极(3)为Ti/Pd/Ag电极，用于接负载，背面电极和n型半导体(4)形成欧姆接触。
4.根据权利要求1所述的电场增强型肖特基结太阳能电池结构，其特征在于所述的n型半导体(4)的功函数小于透明导电薄膜(5)的功函数。
5.根据权利要求1所述的电场增强型肖特基结太阳能电池结构，其特征在于所述的透明导电薄膜(5)为金属薄膜、石墨稀薄膜、导电高分子薄膜、氧化铟锡薄膜、铝掺杂的氧化锌、氟掺杂的氧化锡中任一种或任几种。
6.根据权利要求1所述的电场增强型肖特基结太阳能电池结构，其特征在于所述的透明导电薄膜(5)的边缘镀有用于接负载的金电极薄膜(6)。
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Legal Events
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| 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 | ||
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Granted publication date: 20160302 |