CN206040658U - 一种钝化的硅纳微米复合结构太阳电池 - Google Patents
一种钝化的硅纳微米复合结构太阳电池 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型是一种钝化的硅纳微米复合结构太阳电池，包括单晶硅基底，在所述单晶硅基底正面制备有硅纳微米复合结构，所述硅纳微米复合结构由硅锥阵列和其上的硅纳米线结构组成，在所述硅纳微米复合结构表面形成p+发射极，在所述p+发射极上覆盖有Al2O3钝化膜层。本实用新型通过在单晶硅基底正面设置硅纳微米复合结构，并对硅纳微米复合结构实施原子层沉积Al2O3钝化膜层，Al2O3钝化膜层具有优异的钝化效果，利于抑制电池器件的表面复合，使器件在电学性能上得到明显提高；同时，Al2O3钝化膜层在长波段具有良好的减反射能力，可以与硅纳微米复合结构在短波段的超低反射率形成互补，实现在整个波段上的优异陷光效果，最终使该太阳电池的光电转换效率得以提高。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种太阳能电池，特别是一种钝化的硅纳微米复合结构太阳电池。
背景技术
在过去的几年中，垂直、有序分布的硅纳米线阵列吸引了大量的研究兴趣，主要原因在于硅纳米线具有几乎不依赖于角度的超低反射率以及它在低成本硅基高效太阳电池上的巨大应用潜力。尽管硅纳米线阵列具有如此优异的光学性能，但是硅纳米线太阳电池器件性能和能量转换效率却并不能令人满意，主要的原因就是硅纳米线阵列具有很高的比表面积，这会引起严重的表面复合，从而导致器件的电学性能很差。这就需要一种能够同时实现最好的电学性能和最好的光学性，在电学复合损失和光学增益之间实现平衡的纳米钝化结构表面。
发明内容
本实用新型要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提出一种很强的场效应钝化的硅纳微米复合结构太阳电池，其特点是，包括单晶硅基底，在所述单晶硅基底正面制备有硅纳微米复合结构，在硅纳微米复合结构表面形成p+发射极，所述p+发射极上覆盖有Al2O3钝化膜层。
本实用新型是一种钝化的硅纳微米复合结构太阳电池，其进一步优选的技术方案特征是：所述硅纳微米复合结构包括设置在单晶硅基底正面由若干个四棱锥状的硅锥阵列形成的硅微米结构，在每个四棱锥状的硅锥上设置由若干个柱状的硅纳米线阵列形成的硅纳米结构。
本实用新型是一种钝化的硅纳微米复合结构太阳电池，其进一步优选的技术方案特征是：硅纳米线长度为180-1200 nm，直径为50-80 nm，周期为100-300 nm。
本实用新型是一种钝化的硅纳微米复合结构太阳电池，其进一步优选的技术方案特征是：四棱锥状的硅锥棱长为2-5 μm，高度为1.5-4 μm，阵列周期为1-2 μm。
本实用新型是一种钝化的硅纳微米复合结构太阳电池，其进一步优选的技术方案特征是：所述Al2O3钝化膜层厚度为10-70 nm。
本实用新型是一种钝化的硅纳微米复合结构太阳电池，其进一步优选的技术方案特征是：所述Al2O3钝化膜层厚度为40 nm。
本实用新型是一种钝化的硅纳微米复合结构太阳电池，其进一步优选的技术方案特征是：所述Al2O3钝化膜层上方设置有前电极，所述前电极为若干平行设置的银电极，所述银电极底端穿过p+发射极和Al2O3钝化膜层伸入到单晶硅基底内，所述单晶硅基底背面设置有背电极。
本实用新型是一种钝化的硅纳微米复合结构太阳电池，其进一步优选的技术方案特征是：所述单晶硅基底为n型单晶硅片，硅片面积为125×125 mm2，硅片厚度为170 -190μm。
与现有技术相比，本实用新型通过在单晶硅基底正面设置硅纳微米复合结构，并对硅纳微米复合结构实施原子层沉积Al2O3钝化膜层，Al2O3钝化膜层具有优异的钝化效果，可以大大抑制电池器件的表面复合，从而使器件在电学性能上得到明显提高；同时，Al2O3钝化膜层在长波段具有良好的减反射能力，可以与硅纳微米复合结构在短波段的超低反射率形成互补，将二者结合利于它们的减反射特性互补，可以实现在整个波段上的优异陷光效果，最终使该太阳电池的光电转换效率得以提高。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图。
具体实施方式
以下参照附图，进一步描述本实用新型的具体技术方案，以便于本领域的技术人员进一步地理解本实用新型，而不构成对其权利的限制。
实施例1，参照图1，一种钝化的硅纳微米复合结构太阳电池，其特点是：包括单晶硅基底1，在所述单晶硅基底1正面制备有硅纳微米复合结构，在硅纳微米复合结构表面形成p+发射极6，所述p+发射极6上覆盖有原子层沉积的Al2O3钝化膜层4。
实施例2，实施例1所述的一种钝化的硅纳微米复合结构太阳电池中：所述硅纳微米复合结构包括设置在单晶硅基底正面由若干个四棱锥状的硅锥阵列形成的硅微米结构2，在每个四棱锥状的硅锥上设置由若干个柱状的硅纳米线阵列形成的硅纳米结构3。
实施例3，实施2所述的一种钝化的硅纳微米复合结构太阳电池中：硅纳米线长度为180-1200 nm，直径为50-80 nm，周期为100-300 nm。
实施例4，实施1-3任一项所述的一种钝化的硅纳微米复合结构太阳电池中：四棱锥状的硅锥棱长为2-5 μm，高度为1.5-4 μm，阵列周期为1-2 μm。在制备硅纳米线结构时，随着刻蚀时间的增加，硅纳米线结构的长度越长直径越细，四棱锥状的硅锥表面积越小，覆盖有Al2O3钝化膜层的硅纳微米复合结构所表现出来的场效应钝化效果也就越好。
实施例5，实施例1-4任一项所述的一种钝化的硅纳微米复合结构太阳电池中：所述Al2O3钝化膜层厚度为10-70 nm。
实施例6，实施例1-5任一项所述的一种钝化的硅纳微米复合结构太阳电池中：所述Al2O3钝化膜层厚度为40 nm。在硅微米结构上制备硅纳米线结构，在刻蚀时间相同的情况下，沉积的Al2O3钝化膜层4厚度为40 nm时，对硅基纳微米复合结构的钝化效果最好。
实施例7，实施例1-6任一项所述的一种钝化的硅纳微米复合结构太阳电池中：所述Al2O3钝化膜层上方设置有前电极，所述前电极为若干平行设置的银电极5，银电极5底端穿过p+发射极6和Al2O3钝化膜层4伸入到单晶硅基底1内，所述单晶硅基底背面设置有背电极7。
实施例8，实施例1-7任一项所述的一种钝化的硅纳微米复合结构太阳电池中：所述单晶硅基底为n型单晶硅片，硅片面积为125×125 mm2，硅片厚度为170-190 μm。
本实用新型的制备流程为：选用n型单晶硅片，硅片面积为125×125 mm2，硅片厚度为170-190 μm；首先，将n型单晶硅片在80 ℃的NaOH溶液中制绒25 分钟，在硅片表面形成由尺寸大小为3-5μm的四棱锥状硅锥阵列组成硅微米结构；其次，将带有硅微米结构的n型单晶硅片浸入酒精：丙酮为3:1的溶液中进行超声清洗30 分钟后，再用5%（体积比）的HF溶液清洗1 分钟，去掉表面自然氧化层；再次，采用两步法在硅微米结构表面MACE制备硅纳米结构，先将硅片浸没在5 M HF/0.02 M AgNO3混合溶液中90 s，沉积Ag粒子团簇，沉积完立即在5 M HF/0.02 H2O2刻蚀溶液中刻蚀100-600 s时间不等，硅纳米线刻蚀完毕后将表面残存的Ag离子用HNO3/H2O为1:1溶液洗净（30 分钟）；然后，将刻蚀好硅基纳微米复合结构的单晶硅片洗净吹干后，放入ALD原子层沉积腔内（TFS 200， Beneq，Finland），采用热型沉积Al2O3薄膜，沉积源为三甲基铝（TMA）和臭氧（O3），沉积温度为185 ℃，沉积气压为 3 mbar；为了激活ALD-Al2O3薄膜的场效应钝化，所有的样品经过425 ℃的大气氛退火；最后，采用丝网印刷方法在单晶硅片正面、背面分别印刷银电极和铝浆，烧结后形成前电极和背电极。
Claims (8)
1.一种钝化的硅纳微米复合结构太阳电池，其特征在于：包括单晶硅基底，在所述单晶硅基底正面制备有硅纳微米复合结构，在硅纳微米复合结构表面形成p+发射极，所述p+发射极上覆盖有Al2O3钝化膜层。
2.根据权利要求1所述的一种钝化的硅纳微米复合结构太阳电池，其特征在于：所述硅纳微米复合结构包括设置在单晶硅基底正面由若干个四棱锥状的硅锥阵列形成的硅微米结构，在每个四棱锥状的硅锥上设置由若干个柱状的硅纳米线阵列形成的硅纳米结构。
3.根据权利要求2所述的一种钝化的硅纳微米复合结构太阳电池，其特征在于：硅纳米线长度为180-1200 nm，直径为50-80 nm，周期为100-300 nm。
4.根据权利要求2所述的一种钝化的硅纳微米复合结构太阳电池，其特征在于：四棱锥状的硅锥棱长为2-5 μm，高度为1.5-4 μm，阵列周期为1-2 μm。
5.根据权利要求1所述的一种钝化的硅纳微米复合结构太阳电池，其特征在于：所述Al2O3钝化膜层厚度为10-70 nm。
6.根据权利要求5所述的一种钝化的硅纳微米复合结构太阳电池，其特征在于：所述Al2O3钝化膜层厚度为40 nm。
7.根据权利要求1所述的一种钝化的硅纳微米复合结构太阳电池，其特征在于：所述Al2O3钝化膜层上方设置有前电极，所述前电极为若干平行设置的银电极，所述银电极底端穿过p+发射极和Al2O3钝化膜层伸入到单晶硅基底内，所述单晶硅基底背面设置有背电极。
8.根据权利要求1所述的一种钝化的硅纳微米复合结构太阳电池，其特征在于：所述单晶硅基底为n型单晶硅片，硅片面积为125×125 mm2，硅片厚度为170-190 μm。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109698249A (zh) * | 2019-01-15 | 2019-04-30 | 常熟理工学院 | 一种具有特定波长光吸收峰值的半导体基片及其制备方法 |
| CN109888047A (zh) * | 2019-01-15 | 2019-06-14 | 常熟理工学院 | 基于硅纳米孔阵列的石墨烯太阳能电池及其制备方法 |
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2016
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