CN204375768U - 基于硅纳米线三维结构的太阳能电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于硅纳米线三维结构的太阳能电池。其包括N型硅衬底(6)、背面电极(7)和正面电极(1)，该N型硅衬底(6)的上表面为梯形形状，该梯形表面上依次层叠有硅纳米线绒面层(5)、本征多晶硅层(4)、P型多晶硅层(3)和ITO氧化铟锡透明导电薄膜(2)，形成三维倒梯形整体结构；正面电极(1)设置在该三维倒梯形整体结构的顶端。所述硅纳米线绒面层(5)中的每根硅纳米线直径为40-80nm，长度为20-40μm，该层具有强烈的陷光特性，能够有效降低硅衬底表面的光反射率。本实用新型提高了器件对光子的吸收和利用，改善了太阳能电池的转换效率，可用于光伏发电。

Description

基于硅纳米线三维结构的太阳能电池

技术领域

本实用新型涉及太阳能电池的技术领域，特别是涉基于硅纳米线三维结构的太阳能电池，可用于光伏发电。

背景技术

由于太阳能丰富且清洁，对广泛的能源相关应用而言，光伏器件极具吸引力。然而，目前硅基和其他太阳能电池的光电转化效率低，使太阳能电池的成本较高，阻碍了其发展和应用。太阳能电池的光电转化率定义为太阳能电池的电输出与太阳能电池表面区域入射的太阳能之比。在实际太阳能电池的制作中，有很多因素限制着器件的性能，因而在太阳能电池的设计和材料的选择等方面必须考虑这些因素的影响。

为了提高太阳能电池的光电转化率，需要采用陷光技术。当光经过这些结构时，光束会发生散射，散射光以较大的入射角进入薄膜电池的吸收层，由于吸收层材料的折射系数通常比周围材质的折射率高，大角散射的光束在吸收层中易于发生全反射。全反射光束在吸收层中来回振荡，直至被吸收层吸收生成光生载流子。这样通过陷光技术，可以有效提高薄膜太阳能电池的光吸收，从而提高电池转化效率。

现有的太阳能电池表面的陷光结构通常采用三维倒梯形结构，剖面如图2所示。其结构自上而下分别为：金属电极1、ITO氧化铟锡透明导电薄膜2、P型多晶硅层3、本征多晶硅层4、N型硅衬底5、背电极6。衬底表面通过湿法刻蚀，形成拥有三维倒梯形重复单元的表面，再在其上等离子体化学气相淀积PECVD本征多晶硅层和P型多晶硅层，形成具有三维倒梯形陷光结构的能量转换机构。当光入射电池表面光线会在其表面连续反射，增加光在电池表面陷光结构中的有效运动长度和反射次数，从而增大能量转换机构对光的吸收效率。但是这种结构由于绒面尺寸不均匀且分布较广，使得衬底表面缺陷密度大大增加，在正表面难以获得高质量的绒面陷光，不易降低衬底对光的反射系数。

实用新型内容

本实用新型的目的在于针对现有技术的不足，提出一种基于硅纳米线三维结构的太阳能电池，以降低硅衬底表面的光反射率，提高太阳能电池的转化效率。

为实现上述目的，本实用新型提出的基于硅纳米线三维结构的太阳能电池，包括N型硅衬底6和背面电极7，其中N型硅衬底6的上表面采用倒梯形形状，该倒梯形上依次层叠有本征多晶硅层4、P型多晶硅层3和ITO氧化铟锡透明导电薄膜2，形成三维倒梯形整体结构，该三维倒梯形整体结构的顶端设有正面电极1，其特征在于：本征多晶硅层4与N型硅衬底6之间增设有硅纳米线绒面层5。

作为优选，所述的硅纳米线绒面层5由相互交叉堆叠的硅纳米线组成，每根硅纳米线的直径为40-80nm，长度为20-40μm。

作为优选，所述的N型硅衬底6的厚度为200-400μm。

作为优选，所述的正面电极1采用金属银材料。

作为优选，所述的P型多晶硅层3和本征多晶硅层4的厚度均为10-15nm。

作为优选，所述的背面电极7采用金属铝材料。

本实用新型通过增加具有高表面积和高陷光特性的硅纳米线绒面层，能够有效降低硅衬底对光反射，提高了太阳能电池对光子的吸收和利用，改善了太阳能电池的转换效率。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是现有拥有三维倒梯形陷光结构的太阳能电池结构图。

具体实施方式

参照图1，本实用新型给出如下三个实施例：

实施例1：

本实例的太阳能电池包括正面电极1、ITO氧化铟锡透明导电薄膜2、P型多晶硅层3、本征多晶硅层4、硅纳米线绒面层5、N型硅衬底6、背面电极7。其中N型硅衬底6的上表面采用倒梯形形状，硅纳米线绒面层5、本征多晶硅层4、P型多晶硅层3和ITO氧化铟锡透明导电薄膜2依次层叠在该倒梯形上，形成三维倒梯形整体结构，正面电极1设在该三维倒梯形整体结构的顶端。所述正面电极1采用金属银材料；所述P型多晶硅层3和本征多晶硅层4的厚度均为10nm；所述硅纳米线绒面层5是通过溶液转移至N型硅衬底6上而形成的相互交叉堆叠的硅纳米线层，每根硅纳米线的直径为40nm，长度为20μm，此绒面层具有强烈的陷光特性，能够有效的降低硅衬底表面的光反射率；所述N型硅衬底6采用表面具有三维倒梯形结构的厚度为200μm的衬底片；所述背电极7采用金属铝材料。

实施例2：

本实例的结构与实施例1相同，即基于硅纳米线三维结构的太阳能电池，其参数变化如下：

所述P型多晶硅层3和本征多晶硅层4的厚度均为13nm；所述硅纳米线层中每根硅纳米线的直径为60nm，长度为30μm；所述N型硅衬底6的厚度为300μm。

实施例3：

本实例的结构与实施例1相同，即基于硅纳米线三维结构的太阳能电池，其参数变化如下：

所述P型多晶硅层3和本征多晶硅层4的厚度均为15nm；所述硅纳米线层中每根硅纳米线的直径为80nm，长度为40μm；所述N型硅衬底6的厚度为400μm。

本实用新型的制备过程是：

首先，在N型硅衬底6的上表面通过干法刻蚀形成倒梯形形状；再在该倒梯形上通过溶液转移形成硅纳米线绒面层5；

接着，在已形成有绒面层的倒梯形表面上，先通过淀积形成本征多晶硅层4和P型多晶硅层3，再通过溅射形成ITO氧化铟锡透明导电膜2，形成三维倒梯形整体结构；

最后，在倒梯形结构的顶端通过电子束蒸发金属银形成正面电极1，在N型硅衬底6背面蒸发金属铝形成背面电极7，完成整个太阳能电池的制备。

本实用新型具有良好的陷光效果，同时有利于载流子收集效率的提高，改善了太阳能电池的转换效率。

Claims (6)

1.一种基于硅纳米线三维结构的太阳能电池，包括N型硅衬底(6)和背面电极(7)，其中N型硅衬底(6)的上表面为倒梯形形状，该倒梯形表面上依次层叠有本征多晶硅层(4)、P型多晶硅层(3)和ITO氧化铟锡透明导电薄膜(2)，形成三维倒梯形整体结构，该三维倒梯形整体结构的顶端设有正面电极(1)，其特征在于：本征多晶硅层(4)与N型硅衬底(6)之间增设有硅纳米线绒面层(5)。

2.根据权利要求1所述的基于硅纳米线三维结构的太阳能电池，其特征在于：硅纳米线绒面层(5)由相互交叉堆叠的硅纳米线组成，每根硅纳米线的直径为40-80nm，长度为20-40μm。

3.根据权利要求1所述的基于硅纳米线三维结构的太阳能电池，其特征在于：N型硅衬底(6)的厚度为200-400μm。

4.根据权利要求1所述的基于硅纳米线三维结构的太阳能电池，其特征在于：正面电极(1)采用金属银材料。

5.根据权利要求1所述的基于硅纳米线三维结构的太阳能电池，其特征在于：P型多晶硅层(3)和本征多晶硅层(4)的厚度均为10-15nm。

6.根据权利要求1所述的基于硅纳米线三维结构的太阳能电池，其特征在于：背面电极(7)采用金属铝材料。