CN1224111C - 硅纳米线阵列太阳能转换装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种属于太阳能转换技术领域的硅纳米线阵列太阳能转换装置。其特征在于：在所述Ti/Pd/Ag栅形电极和P型硅层之间含有纳米硅线阵列层。所述太阳能转换装置含有的依次相叠的各层为：Ti/Pd/Ag栅形电极，位于纳米硅线阵列层之上，作为正面引出电极；纳米硅线阵列层，位于P型硅层之上，作为太阳能电池的发射极和减反射层；P型硅基底层，位于铝金属膜背电极之上，作为太阳能电池的基区；Ti/Pd/Ag金属膜背电极层，作为背面引出电极。本发明提供的这种具有新型结构的太阳能转换装置，光吸收能力强，光电转换效率高。

Description

硅纳米线阵列太阳能转换装置
技术领域
本发明涉及一种硅纳米线阵列太阳能转换装置，属于太阳能转换技术领域。
背景技术
太阳电池的发展已有几十年的历史，1953年，美国贝尔实验室研制出世界上第一个硅太阳能电池，转换效率为0.5％。但是太阳电池在地面的应用却一直未得到广泛重视，直到70年代世界出现“石油危机”，地面大规模应用太阳电池发电才被列上许多国家的议事日程。进入80年代中期，环境继能源之后，又成为国际社会普遍关注的焦点之一。全人类又都把目光集中到解决这两个问题的交叉点——太阳能光伏发电上，从而大大加速了开发利用的步伐。预测到下世纪中叶，太阳能光伏发电将达到世界总发电量15-20％，成为人类的基础能源之一。
单晶硅太阳电池在现阶段的大规模应用和工业生产中占主导地位。当前，人们除大量应用单晶硅太阳电池外[参见专利：专利号JP5243597-A；专利号KR2002072736-A]，还研制成功了多晶硅电池[参见专利：专利号US5949123-A]、非晶硅电池[参见专利：专利号JP2002124689-A；专利号US6307146-B1]、薄膜太阳电池等各种新型的电池[参见专利：专利号JP2002198549-A]，并且还再不断地研制各种新材料、新结构的太阳电池[参见专利：专利号DE19743692-A；DE19743692-A1]。在几种薄膜电池中，最成熟的当数非晶硅薄膜太阳电池[参见专利：专利号]，其主要优点是成本低，制备方便，但也存在严重的缺点，即非晶硅电池的不稳定性，其光电转换效率会随着光照时间的延续而衰减。多晶硅薄膜电池的研究工作自1987年以来发展迅速[参见专利：专利号JP2002222975-A]，成为世界关注的新热点。多晶硅薄膜电池由于所使用的硅量远较单晶硅少，又无效率衰减问题，并且有可能在廉价衬底材料上制备，其成本预期要远低于体单晶硅电池，实验室效率也迅速提高。另外在制备工艺方面人们也在不断改进老工艺，探索新工艺，就单晶硅电池而言，典型的就有激光开槽埋棚、金字塔、背场等各种工艺应用到实践中去[参见专利：专利号KR2002059189-A；专利号JP2002198549-A：专利号US6156968-A]。在各种努力之下，太阳电池效率也得到了不断的攀升。
最近我们在制备大面积纳米硅线阵列的基础上[参见：中国专利申请号02104179.2，公开号CN 1382626A，公开日期2002.12.4]，发展了一种制备大面积p-n结纳米硅线阵列的方法，这种技术不需要高温和复杂设备，可以在室温附近制备出大面积的p-n结纳米硅线阵列。电学性能测试表明p-n结纳米硅线阵列具有典型的整流效应。大面积p型硅线阵列的光吸收实验表明其具有良好的抗反射和光吸收性能，这主要是因为硅片表面由于纳米结构化形成的巨大的比表面积造成的。因此我们在已有的实验基础上设计了一种基于硅纳米硅线阵列的新型的太阳能转换装置。相对传统的硅太阳能电池，纳米硅线阵列太阳能电池是一个全新的概念。
发明内容
本发明目的是设计和提供一种具有新型结构且光吸收能力强，光电转换效率高的硅纳米线阵列太阳能转换装置。
本发明提出的硅纳米线阵列太阳能转换装置，它含有Ti/Pd/Ag栅形电极、P型硅基底层和Ti/Pd/Ag金属膜背电极层，其特征在于：在所述Ti/Pd/Ag栅形电极和P型硅层之间还含有纳米硅线阵列层，所述太阳能转换装置含有的依次相叠的各层为：
(1)Ti/Pd/Ag栅形电极，位于纳米硅线阵列层之上，作为正面引出电极；
(2)纳米硅线阵列层，位于P型硅层之上，作为太阳能电池的发射极和减反射层；
(3)P型硅基底层，位于铝金属膜背电极之上，作为太阳能电池的基区；
(4)Ti/Pd/Ag金属膜背电极层，作为背面引出电极。
本发明首先用我们提出的纳米硅线阵列的制备方法，首先在P型硅基片表面制备出大面积的纳米硅线阵列。随后采用液态源(POCl3)扩散在纳米硅线阵列层制备PN；再用真空蒸镀法在P型硅基底面沉积Ti/Pd/Ag，烧结后作为背面欧姆接触电极。再用掩膜法在纳米硅线阵列表面沉积Ti/Pd/Ag作为正面欧姆接触电极，从而形成一个新型的硅纳米线阵列太阳能转换装置。在两面的金属接触电极上引出外引线，便得到了一个单片的纳米硅线阵列太阳能电池。
附图说明
图1为本发明的纳米硅线太阳能电池结构示意图。
具体实施方式
请见图1。1-Ti/Pd/Ag栅形电极，2-磷扩散后的纳米硅线阵列层，3-P型硅基底层，4-Ti/Pd/Ag金属膜背电极层。
本发明用纳米硅线阵列的制备方法，首先在P型硅基片3的表面制备出大面积的纳米硅线阵列。随后采用液态源(POCl3)扩散在纳米硅线阵列层2上制备PN；再用真空蒸镀法在P型硅基3底面沉积Ti/Pd/Ag，烧结后作为背面欧姆接触电极4。再用掩膜法在纳米硅线阵列表面沉积Ti/Pd/Ag作为正面欧姆接触电极1，从而形成一个新型的硅纳米线阵列太阳能转换装置。在两面的金属接触电极1上引出外引线，便得到了一个单片的纳米硅线阵列太阳能电池。

Claims (1)

1、硅纳米线阵列太阳能转换装置，它含有Ti/Pd/Ag栅形电极、P型硅基底层和Ti/Pd/Ag金属膜背电极层，其特征在于：在所述Ti/Pd/Ag栅形电极和P型硅基底层之间还含有纳米硅线阵列层，所述Ti/Pd/Ag栅形电极是首先在硅纳米线阵列表面镀Ti膜，然后再依次沉积Pd和Ag膜，所述太阳能转换装置含有的依次相叠的各层为：
(1)Ti/Pd/Ag栅形电极，位于纳米硅线阵列层之上，作为正面引出电极；
(2)纳米硅线阵列层，位于P型硅基底层之上，作为太阳能电池的发射极和减反射层；
(3)P型硅基底层，位于铝金属膜背电极之上，作为太阳能电池的基区；
(4)Ti/Pd/Ag金属膜背电极层，作为背面引出电极。
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