CN104867991A - 一种二维硅基光子晶体太阳能电池 - Google Patents
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Abstract
本发明属于太阳能电池技术领域，涉及一种二维硅基光子晶体太阳能电池，前接触层的下侧面上设有前电极；前电极和背电极之间设有蜂窝状太阳能电池结构，蜂窝状太阳能电池结构的上层为N型硅半导体层，下层为P型硅半导体层，N型硅半导体层和P型硅半导体层形成PN结；背电极的底部设有背接触层，背接触层的材料与前接触层的材料相同；背电极设置在P型硅半导体层的慢光区域或禁带区域，背电极的形状与前电极的形状相同，均为条形状；入射光通过前接触层照射在蜂窝状太阳能电池结构上；其结构规整，灵活多变，加工和复合技术成熟，可成为新一代最有潜力、低成本、高效太阳能电池器件。
Description
技术领域：
本发明属于太阳能电池技术领域，涉及一种新型的光子晶体太阳能电池结构，特别是一种蜂窝状团簇、六边形区域分割、厚度小、结构特性好、光子相对禁带较宽、前电极沿分割区域嵌入、遮光少、具有一定慢光效应、载流子光电转换效率高的二维硅基光子晶体太阳能电池。
背景技术：
太阳能作为一种清洁、无污染、取之不尽用之不竭的能源，是新能源开发的重要方面。世界气象组织公布的太阳常数是1367±4W·m-2，每年到达地球表面的太阳能且便于人类利用的能量约为1.9×1022J，这些辐射主要集中在可见光区域(400-750nm)。太阳能已在电力、交通、航海、航空等很多领域有广泛应用。2010年我国的太阳能电池产量已达到8000兆瓦，占全球产量的50％。2030年以后，常规的石化能源消费将逐渐减少，新能源的占比会逐步增大，到2050年新能源会成为能源消费的主流。
太阳能电池是一种将光能转换为电能的半导体器件，是太阳能利用的重要形式，按照基体材料分，太阳能电池可分为晶体硅太阳能电池、硒光太阳能电池、化合物太阳能电池、硅基薄膜太阳能电池、有机薄膜太阳能电池和燃料敏化太阳能电池等，影响太阳能光电转化效率的因素很多，例如材料厚度、电池接线、表面光的反射率等，具体包括以下因素：
(1)半导体材料因素：研究表明半导体材料的带隙宽度为Eg＝1.4eV时，太阳能电池具有最高的转换效率，由于硅材料300K时，带隙宽度为Eg＝1.12eV，而且其可利用的太阳光谱为300～1100nm，所以硅材料是一般太阳能电池首选的材料，另外，硅原料材料丰富，光电转换效率高，光电性能稳定性和可靠性高，加工工艺技术成熟，不含有毒元素，不对环境造成污染；
(2)光强因素：光强对太阳能电池的转换效率有较大影响，通过增强光线投射或者聚光等方式，可以提高单位面积上的太阳能电池的输出效率。太阳能电池前表面的金属栅线不能透光，在结构表面，会降低光的利用率和短路电流，为了提高太阳能电池的转换效率，一般采用减少金属栅线占有面积的方法；
(3)光生载流子复合寿命：非平衡载流子产生后，不是稳定的，往往有复合发生。半导体材料的光生载流子复合寿命越长，短路电流就会越大，太阳能电池的转换效率就越高，一是在硅太阳能电池中，即使距离PN结在100μm处的光生载流子，只要其寿命大于1μs，也会被PN结收集，从而提高载流子的收集率；二是长寿命的光生载流子能够增大开路电压，从而提高太阳能电池的转换效率；
(4)表面复合速率：在半导体材料的表面，由于晶格结构的不连续性或者非本征杂质的影响，会在表面形成晶体缺陷和杂质能级，从而形成表面复合中心。半导体材料表面低的复合效率，会极大提高太阳能电池的短路电流，并使开路电压有所升高，从而提高太阳能电池的转换效率，现在多采用表面钝化层来降低表面复合速率；
另外，温度因素、串联电阻(金属栅线、体电阻和引线等都会产生串联电阻)等因素，也会对太阳能电池的转换效率产生影响，这些影响太阳能电池效率的主要因素又可以归结为光学损失和电学损失两方面，其中最主要因素是光学吸收，在传统太阳能电池中，这光学损失和电学损失两种效应会造成电池70％的能量损失，人们普遍认为太阳能电池的光转换效率最大为31％，所以硅太阳能电池研究的重点方向之一提高光电转换效率，特别是材料对光子的有效吸收方面。
硅太阳能电池研究的另一个重点方向是降低成本，初期的硅太阳能电池衬底厚度较厚，现在硅衬底的厚度可以从350～400μm降低到150～200μm，英国BT公司实验证明：单晶硅太阳能电池降为175μm时，电池的效率没有附加损失。德国Fraunhofer公司制作的75μm厚的太阳能电池，效率仍可达到23.1％。而有的研究指出，只要厚度大于50μm带有陷光结构的硅太阳能电池就有较好的转换效率，可见，如果采用适当的结构，可以在减少材料的厚度的同时，保证不降低硅太阳能电池的光电转换效率。现有的陷光方式主要是在光线射入电池体内后，增加光在吸收层的路径，使吸收层的折射率大于其上下层织构材料，使没有吸收的光再次返回电池吸收层，进行二次吸收。
硅介质柱(或孔)结构被认为是最有陷光潜力的太阳能电池器件材料之一，但是现有研究中，采用的纳米结构多为一维结构，采用的机理也是通过漫反射陷光，有些研究提出了径向硅纳米线二维结构，也没有与光子晶体结构的禁带和慢光理论结合起来。因此，设计一种新型二维硅基光子晶体太阳能电池，有效实现低成本、高效率的光电转换结构，首先，太阳光作为自然光包括等量的TE模式和TM模式的电磁波，可以采用光子晶体禁带理论，通过蜂窝状团簇结构(孔状或柱状)设计，让垂直于硅纳米孔或柱的方向，对TE模式或者TM模式电磁波具有很好的禁带，基本包括300～1100nm的范围，这样结构就可以更好地实现陷光；其次，根据光子晶体慢光理论，将蜂窝状团簇的硅纳米柱或孔，进行六边形区域分割，形成慢光波导，使某些频率的光在这些波导中传输很慢，波导的慢光效应能保证载流子的稳定性和方向性；将前电极嵌入这些波导的底部，这样不仅可以遮光少、减少对光吸收的影响，而且由于电极嵌入到加工底部，载流子只需扩散很短的距离就可达到结区；另外，还要兼顾结构力学稳定性和加工等方面的因素。
发明内容：
本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求设计提供一种二维硅基光子晶体太阳能电池，将光子晶体的禁带特性、慢光特性与硅纳米结构的优势相结合，采用蜂窝状团簇结构作为单元，通过模拟计算设计二维硅基蜂窝状团簇的光子晶体太阳能电池结构；并进行六边形区域分割，将每组蜂窝状团簇单元周围形成网状慢光波导，前电极则嵌入波导底部形成网状结构，而且通过前接触层对入射光减反，二维硅基蜂窝状团簇、六边形区域分割的光子晶体太阳能电池结构进行有效陷光和光电转换，前电极和背电极的搭建，以及背接触层对入射光增反几个方面有机结合，达到提高电池效率的目的。
为了实现上述目的，本发明的主体结构包括前接触层、前电极、蜂窝状太阳能电池结构、背电极和背接触层；透明导电氧化物(TCO)材料制成前接触层的下侧面上设有前电极；前电极和背电极之间设有蜂窝状太阳能电池结构，蜂窝状太阳能电池结构的上层为N型硅半导体层，下层为P型硅半导体层，N型硅半导体层和P型硅半导体层形成PN结；背电极的底部设有背接触层，背接触层的材料与前接触层的材料相同；铝薄层结构的背电极设置在P型硅半导体层的慢光区域或禁带区域，背电极的形状与前电极的形状相同，均为条形状；入射光通过前接触层照射在蜂窝状太阳能电池结构上，前电极和背电极为光伏效应的载流子构成电路，背接触层对入射光增反，提高电池效率。
本发明所述N型硅半导体层为有禁带和慢光效应的纳米光子晶体介质柱或空气孔结构，包括禁带区构建基元、禁带区构建基元间隙和线缺陷波导；禁带区构建基元之间为均匀分布的禁带区构建基元间隙，19行以上的禁带区构建基元和禁带区构建基元间隙组成禁带区，以便入射光或其分量不能向垂直于介质柱或空气孔的方向传播，具有很好的陷光作用；相邻禁带区构建基元交接处为线缺陷波导，线缺陷波导则构成网状慢光波导结构，前电极嵌入网状慢光波导结构的底部；纳米光子晶体介质柱或空气孔结构的加工高度或深度为50μm，整个N型硅半导体层的厚度为70μm；P型硅半导体层的结构与N型硅半导体层的结构相同，或为单一的半导体结构，P型硅半导体层与N型硅半导体层结构相同时，其厚度为70μm；P型硅半导体层为单一的半导体结构时，其厚度为200μm；P型硅半导体层与背电极在同一平面上，此时背电极为网状结构，与前电极的结构对应。
本发明所述蜂窝状太阳能电池结构的晶格常数为a，六边形边长l，参数a、l根据禁带和慢光的要求而变化，β代表六边形边长l与晶格常数a的比值，即β＝l/a,从0到1变化。
本发明所述蜂窝状太阳能电池结构由具有禁带和慢光效应的六边形空气孔或介质柱结构构成的二维硅基光子晶体蜂窝状团簇结构排列组成，蜂窝状太阳能电池结构由内外完全对称的两个六边形组成，或由外面六边形、内部同心圆形组成，禁带区构建基元形成的每个结构单元的边长不少于禁带区构建基元边长的9倍，此时每个单元有252个以上禁带区构建基元8；每个结构单元之间留有一行间隙形成线缺陷波导；这些周期性变化的空气孔或介质柱具有较大的比表面积，能增加对入射光的吸收能力；其基元和晶格常数可调，以便结构的光子禁带尽量包括300～1100nm的区域；在光线入射时，禁带的存在使结构不允许光在平行于介质柱方向传播，从而有利于材料对光子的吸收和利用。
本发明所述蜂窝状太阳能电池结构的两种结构在增加陷光和光吸收方面有很多优势：两种结构都具有较大的比表面积；孔状结构对TM模式电磁波具有较大的禁带，介质柱状结构对TE模式电磁波具有较大的禁带，这样两种结构都具有很好的陷光效应，入射光在硅孔阵列中经过来回多次反射逐渐被吸收；慢光结构中，由于某些频率的光群速度可以很小，便于光子被材料吸收，从而产生更多的载流子，而且其慢光效应还保证了载流子流动的方向性和稳定性；结构的尺寸，可以根据吸收波长调整，以完成高效率的光学吸收；在其他条件不变情况下，由于陷光作用，结构的深度达到50μm时，电池在400～1000nm的电磁波范围内，反射率就低于10％，从而在保证效率的基础上，极大节省材料成本；而且这两种周期性排列的结构形成PN结，光生载流子只需扩散很短的距离就能达到结区，提高载流子收集率；这两种结构周期性排列，由于对TE模式或TM模式电磁波有很好的禁带，理论上可比传统电池提高光电转换效率接近20％，而且这一结构和底层P型材料，不需要进一步进行掺杂等加工处理，具有很好的电学传输性能。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：提高太阳能电池的光电转换效率，节省材料，而且采用新的原理，将光子禁带和慢光原理应用于太阳能光电转换；采用的蜂窝状团簇结构力学性能好，其禁带结构具有很好的陷光效应，入射光在硅孔或柱阵列中经过来回多次反射逐渐被吸收，提高光的利用率，减少所需要的材料厚度；六边形区域分割的结构对一定频率的光具有慢光效应，由于前电极嵌入慢光波导底部，不仅对光的吸收影响少，而且保证了载流子流动的方向性和稳定性；其结构规整，灵活多变，加工和复合技术成熟，可成为新一代最有潜力、低成本、高效太阳能电池器件。
附图说明：
图1为本发明涉及的光子晶体太阳能电池总体结构示意图。
图2为本发明涉及的由六边形组成构建基元形成结构单元的示意图。
图3为本发明实施例1所述蜂窝状太阳能电池结构的结构原理示意图，其中(a)为立体图，(b)为俯视图。
图4为本发明实施例1涉及的六边形孔状结构的TM和TE禁带图，其中(a)为TM模式下的禁带图，(b)为TE模式下的禁带图，横轴为空气孔六边形边长与晶格常数的比值β，纵轴为相对禁带值。
图5为本发明实施例1中六边形孔状结构β＝0.40时，TM模式下的禁带图，其中横轴为空间不同方向，纵轴为归一化频率。
图6为本发明实施例1中孔状结构、TM模式下的群折射率曲线，其中横轴为归一化频率f，纵轴为群折射率ng值。
图7为本发明实施例2中蜂窝状太阳能电池结构的结构原理示意图，其中(a)为立体图，(b)为俯视图。
图8为本发明实施例2中六边形柱状结构的禁带区的TM和TE禁带图，其中(a)为TE模式下的禁带图，(b)为TM模式下的禁带图，横轴为空气孔六边形边长与晶格常数的比值β，纵轴为相对禁带值。
图9为本发明实施例2中六边形柱状结构β＝0.20时，TE模式下的禁带图，其中横轴为空间不同方向，纵轴为归一化频率。
图10为本发明实施例2中柱状结构、TE模式下的群折射率曲线，其中横轴为归一化频率f，纵轴为群折射率ng值。
具体实施方式：
下面通过实施例并结合附图作进一步说明。
本实施例的主体结构包括前接触层1、前电极2、蜂窝状太阳能电池结构3、背电极4和背接触层5；透明导电氧化物TCO材料制成前接触层1的下侧面上设有前电极2；前电极2和背电极4之间设有蜂窝状太阳能电池结构3，蜂窝状太阳能电池结构3的上层为N型硅半导体层6，下层为P型硅半导体层7，N型硅半导体层6和P型硅半导体层7形成PN结；背电极4的底部设有背接触层5，背接触层5的材料与前接触层1的材料相同；铝薄层结构的背电极4设置在P型硅半导体层7的慢光区域或禁带区域，背电极4的形状与前电极2的形状相同，均为条形状；入射光通过前接触层1照射在蜂窝状太阳能电池结构3上，由于禁带和慢光效应，蜂窝状太阳能电池结构3具有很好的陷光效应，入射光在硅孔或柱阵列中经过来回多次反射逐渐被吸收，六边形区域分割的结构，不仅对一定频率的光具有慢光效应，由于前电极嵌入慢光波导底部，不仅对光的吸收影响少，而且保证了载流子流动的方向性和稳定性；前电极2和背电极4为光伏效应的载流子构成电路做准备，背接触层5对入射光增反，提高电池效率。
本实施例所述N型硅半导体层6为有禁带和慢光效应的纳米光子晶体介质柱或空气孔结构，包括禁带区构建基元8、禁带区构建基元间隙9和线缺陷波导10；禁带区构建基元8之间为均匀分布的禁带区构建基元间隙9，19行以上的禁带区构建基元8和禁带区构建基元间隙9组成禁带区，以便入射光或其分量不能向垂直于介质柱(或孔)的方向传播，具有很好的陷光作用；相邻禁带区构建基元8交接处为线缺陷波导10，线缺陷波导10则构成网状慢光波导结构；纳米光子晶体介质柱或空气孔结构的加工高度或深度为50μm，整个N型硅半导体层6的厚度为70μm；P型硅半导体层7的结构与N型硅半导体层6的结构相同，或为单一的半导体结构，P型硅半导体层7与N型硅半导体层6结构相同时，其厚度为70μm；P型硅半导体层7为单一的半导体结构时，其厚度为200μm；P型硅半导体层7与背电极4在同一平面上，此时背电极4为网状结构，与前电极2的结构对应。
本实施例所述蜂窝状太阳能电池结构3的晶格常数为a，六边形边长l，参数a、l根据禁带和慢光的要求而变化，β代表六边形边长l与晶格常数a的比值，即β＝l/a,从0到1变化。
本发明所述蜂窝状太阳能电池结构3由具有禁带和慢光效应的二维硅基蜂窝状团簇、六边形区域分割排列组成，为六边形孔状结构构成的二维硅基光子晶体蜂窝状团簇结构或六边形介质柱状结构构成的二维硅基光子晶体蜂窝状团簇结构，蜂窝状太阳能电池结构3由内外完全对称的两个六边形组成，或由外面六边形、内部同心圆形组成，禁带区构建基元8形成的每个结构单元(如图2所示)的边长不少于禁带区构建基元8边长的9倍，此时每个单元有252个以上禁带区构建基元8；每个结构单元之间留有一行间隙形成线缺陷波导10；这些周期性变化的空气孔或介质柱具有较大的比表面积，能增加对入射光的吸收能力；其基元和晶格常数可调，以便结构的光子禁带尽量包括300～1100nm的区域；在光线入射时，禁带的存在使结构不允许光在平行于介质柱方向传播，从而有利于材料对光子的吸收和利用。
本实施例所述蜂窝状太阳能电池结构3的两种结构在增加陷光和光吸收方面有很多优势：两种结构都具有较大的比表面积；孔状结构对TM模式电磁波具有较大的禁带，介质柱状结构对TE模式电磁波具有较大的禁带，这样两种结构都具有很好的陷光效应，入射光在硅孔阵列中经过来回多次反射逐渐被吸收；慢光结构中，由于某些频率的光群速度可以很小，便于光子被材料吸收，从而产生更多的载流子，而且其慢光效应还保证了载流子流动的方向性和稳定性；结构的尺寸，可以根据吸收波长调整，以完成高效率的光学吸收；在其他条件不变情况下，由于陷光作用，结构的深度达到50μm时，电池在400～1000nm的电磁波范围内，反射率就低于10％，从而在保证效率的基础上，极大节省材料成本；而且这两种周期性排列的结构形成PN结，光生载流子只需扩散很短的距离就能达到结区，提高载流子收集率；这两种结构周期性排列，由于对TE模式或TM模式电磁波有很好的禁带，理论上可比传统电池提高光电转换效率接近20％，而且这一结构和底层P型材料，不需要进一步进行掺杂等加工处理，具有很好的电学传输性能。
本实施例通过模拟计算发现：对某些频率的光，介质柱状结构对TM模式电磁波更容易获得较大的群折射率ng，介质柱状结构对TE模式电磁波得到的ng较小，虽然慢光的群速度与群折射率ng成反比，但考虑到结构的力学性质和统一，具有慢光效应波导的设计没有追求极大的群折射率ng。
本实施例所述蜂窝状太阳能电池结构3采用市售的二维硅片，其微加工工艺技术成熟，前后电极、前后接触层材料均采用常规的市售产品。
实施例1：
本实施例涉及的蜂窝状太阳能电池结构3为空气孔状结构，蜂窝状太阳能电池结构3的上层N型硅半导体层6是带有禁带和慢光效应两种子结构周期性排列的结构，禁带构建基元8采用六边形空气孔；蜂窝状太阳能电池结构3的空间排列为三角晶格结构，禁带的中心波长λ＝700nm，由六边形构成禁带构建基元8的过程如图2所示，蜂窝状太阳能电池结构3的立体图和俯视图分别如图3(a)和图3(b)所示，根据现有的平面波展开法可以求得：空气孔状结构对TM模式电磁波有很好的禁带，特别是参数β在0.37—0.53之间时，TM模式相对禁带超过40％，TE相对禁带超过7％，分别如图4(a)和(b)所示，将蜂窝状太阳能电池结构3禁带的中心波长设在700nm，蜂窝状太阳能电池结构3的晶格常数为a＝0.4λ＝280nm，参数β＝0.40、l＝βa＝112.0nm时，禁带和慢光都有较好的效果，此时结构的相对禁带为：(0.499-0.301)/0.4＝0.495，接近中心波长的50％，如图5，这样结构的禁带在353.5～1046.5nm之间，这一范围包括了太阳光光谱的较大区域，为保证禁带的陷光效果，每个结构单元的边长不少于9个基元的长度(此时每个单元有252个基元)或更多，以便入射光或其分量不能向垂直于空气孔的方向传播。
本实施例由线缺陷波导10组合构成的网状线缺陷波导具有耦合波导结构的性质，其群折射率ng随工作频率的变化范围很大，在参数β＝0.40、a＝0.4λ＝280nm时，对于归一化频率在0.3362-0.3380(波长在828-833nm)光的群折射率ng大于20，在833nm时，其最大值大于11,000，如图6，这一波长段的慢光效应，对促进光子吸收、保证载流子的稳定性和方向性具有重要作用。
本实施例的工作原理为：入射光通过前接触层1，几乎无反射的照射在蜂窝状太阳能电池结构3上，由于禁带和慢光效应，蜂窝状太阳能电池结构3具有很好的陷光作用，能有效进行光电转换，激发出载流子，而且慢光效应保证了载流子流动的方向性和稳定性；前电极2和背电极4为光伏效应的载流子构成电路做准备，背接触层5对入射光增反，进一步提高电池效率，前接触层1和背接触层5保护光子晶体太阳能电池。
实施例2：
本实施例涉及的蜂窝状太阳能电池结构3为介质柱状结构，N型硅半导体层的禁带构建基元8采用六边形介质柱；蜂窝状太阳能电池结构3的空间排列为三角晶格结构；禁带的中心波长λ＝700nm，蜂窝状太阳能电池结构3的立体图和俯视图分别如图7(a)和图7(b)所示，由平面波展开法可以求得：介质柱状结构对TE模式电磁波有很好的禁带，特别是参数β在0.13—0.29之间时，TE模式相对禁带超过40％，但是这一区域的TM模式的禁带很小，其TM模式相对禁带超过7％的区域是0.33—0.47，分别见图8(a)和(b)，将蜂窝状太阳能电池结构3的禁带中心波长设在700nm，晶格常数为a＝0.4λ＝280nm，参数β＝0.20、l＝βa＝56.0nm时，禁带和慢光都有较好的效果，此时蜂窝状太阳能电池结构3的相对禁带为：(0.498-0.299)/0.3985＝0.499，接近中心波长的50％，见图9，这样蜂窝状太阳能电池结构3的禁带就在350～1050nm，这一范围包括了太阳光光谱较大的区域，为了保证禁带的陷光效果，每个结构单元的边长不少于9个基元的长度(此时每个单元有252个基元)或更多，以便入射光或其分量不能向垂直于介质柱的方向传播。
本实施例由线缺陷波导10组合构成的网状线缺陷波导具有耦合波导结构的性质，其群折射率ng随工作频率的变化范围很大，在参数β＝0.20、a＝0.4λ＝280nm时，结构对于归一化频率在0.440-0.477(波长在837-857nm)光的群折射率ng大于10，在857nm时，其最大值大于156.2，参见图10，可见，相对于空气孔状结构对TM模式电磁波，介质柱状结构对TE模式电磁波的慢光效应差些。但是，这一频率段光的慢光效应，对促进光子吸收、保证载流子的稳定性和方向性具有重要作用。
本实施例的工作原理是：入射光通过前接触层1，几乎无反射的照射在二维硅基蜂窝状团簇、六边形区域分割的光子晶体太阳能电池结构3上，由于禁带和慢光效应，这一结构具有很好的陷光作用，可有效进行光电转换，激发出载流子，而且慢光效应保证了载流子流动的方向性和稳定性；前电极2和背电极4为光伏效应的载流子构成电路做准备，背接触层5对入射光增反，进一步提高电池效率，前接触层1和背接触层5能同时保护光子晶体太阳能电池。
Claims (3)
1.一种二维硅基光子晶体太阳能电池，其特征在于主体结构包括前接触层、前电极、蜂窝状太阳能电池结构、背电极和背接触层；透明导电氧化物材料制成的前接触层的下侧面上设有前电极；前电极和背电极之间设有蜂窝状太阳能电池结构，蜂窝状太阳能电池结构的上层为N型硅半导体层，下层为P型硅半导体层，N型硅半导体层和P型硅半导体层形成PN结；背电极的底部设有背接触层，背接触层的材料与前接触层的材料相同；铝薄层结构的背电极设置在P型硅半导体层的慢光区域或禁带区域，背电极的形状与前电极的形状相同，均为条形状；入射光通过前接触层照射在蜂窝状太阳能电池结构上，前电极和背电极为光伏效应的载流子构成电路，背接触层增强入射光的反射，提高电池效率。
2.根据权利要求1所述二维硅基光子晶体太阳能电池，其特征在于所述N型硅半导体层为有禁带和慢光效应的纳米光子晶体介质柱或空气孔结构，包括禁带区构建基元、禁带区构建基元间隙和线缺陷波导；禁带区构建基元之间为均匀分布的禁带区构建基元间隙，19行以上的禁带区构建基元和禁带区构建基元间隙组成禁带区，以便入射光或其分量不能向垂直于介质柱或空气孔的方向传播，相邻禁带区构建基元交接处为线缺陷波导，线缺陷波导则构成网状慢光波导结构，前电极嵌入网状慢光波导结构的底部；纳米光子晶体介质柱或空气孔结构的加工高度或深度为50μm，整个N型硅半导体层的厚度为70μm；P型硅半导体层的结构与N型硅半导体层的结构相同，或为单一的半导体结构，P型硅半导体层与N型硅半导体层的结构相同时，其厚度为70μm；P型硅半导体层为单一的半导体结构时，其厚度为200μm；P型硅半导体层与背电极在同一平面上，背电极为网状结构，与前电极的结构对应。
3.根据权利要求1所述二维硅基光子晶体太阳能电池，其特征在于所述蜂窝状太阳能电池结构由具有禁带和慢光效应的六边形空气孔或介质柱结构构成的二维硅基光子晶体蜂窝状团簇结构排列组成，蜂窝状太阳能电池结构由内外完全对称的两个六边形组成，或由外面六边形、内部同心圆形组成，禁带区构建基元形成的每个结构单元的边长不少于禁带区构建基元边长的9倍，每个结构单元有252个以上禁带区构建基元；每个结构单元之间留有一行间隙形成线缺陷波导，其基元和晶格常数能够调节，以便光子禁带包括300～1100nm的区域；在光线入射时，禁带的存在使结构不允许光在平行于介质柱方向传播，从而有利于材料对光子的吸收和利用。
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