CN208368527U - 一种硅基径向纳米线太阳能电池 - Google Patents

一种硅基径向纳米线太阳能电池 Download PDF

Info

Publication number
CN208368527U
CN208368527U CN201821118229.5U CN201821118229U CN208368527U CN 208368527 U CN208368527 U CN 208368527U CN 201821118229 U CN201821118229 U CN 201821118229U CN 208368527 U CN208368527 U CN 208368527U
Authority
CN
China
Prior art keywords
silicon substrate
film
solar battery
nano wire
periodic array
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201821118229.5U
Other languages
English (en)
Inventor
况亚伟
马玉龙
张静
王书昶
倪志春
魏青竹
潘启勇
张德宝
刘玉申
冯金福
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Changshu Institute of Technology
Suzhou Talesun Solar Technologies Co Ltd
Original Assignee
Changshu Institute of Technology
Suzhou Talesun Solar Technologies Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Changshu Institute of Technology, Suzhou Talesun Solar Technologies Co Ltd filed Critical Changshu Institute of Technology
Priority to CN201821118229.5U priority Critical patent/CN208368527U/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN208368527U publication Critical patent/CN208368527U/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/547—Monocrystalline silicon PV cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

本实用新型公开了一种硅基径向纳米线太阳能电池，包括n型单晶硅衬底，n型单晶硅衬底的第一面设置n型纳米线周期阵列结构，n型单晶硅衬底的第二面设置金属薄膜，n型纳米线周期阵列结构表面依次设置硫化钼薄膜和p型非晶硅薄膜，p型非晶硅薄表面和n型单晶硅衬底的由n型纳米线周期阵列结构裸露的第一面设置透明导电薄膜，透明导电薄膜和金属薄膜引出导电电极对外供电。本实用新型利用利用硫化钼薄膜作为本征层对n型纳米线周期阵列的纳米线表面缺陷进行修饰，在降低界面复合的同时提高对宽光谱太阳能波段的吸收，从而提高硅基径向纳米线太阳能电池的光电转换效率。

Description

一种硅基径向纳米线太阳能电池
技术领域
本实用新型涉及一种太阳能电池，尤其是涉及一种硅基径向纳米线太阳能电池。
背景技术
能源与环境问题一直是影响人类生存和发展的热点问题。太阳能作为一种取之不尽、用之不竭的可再生能源，其开发利用受到了最广泛的关注。在传统晶硅材料电池主导光伏市场的同时，硅基薄膜太阳能电池以其独特低温沉积制备工艺，轻便灵活的应用前景与柔性曲面、建筑一体化的良好结合，在日益增长的光伏市场中逐渐占有重要的地位。
基于硅微纳结构的硅基薄膜太阳能电池取代晶体硅可以显著降低材料成本，在可见光区间，对于相同的吸光量，硅微纳结构的使用仅占硅片用量的1％。近年来，由美国加州理工学院研究组提出的径向PN纳米线阵列太阳能电池(Nano letter,2008,8(10),3456-3460)以其光吸收方向与载流子分离收集方向正交从而综合提高电池太阳能电池短路电流和转换效率的优势显示出巨大的应用潜力。
与传统平面结构的硅基太阳能电池相比，硅纳米线径向电池在纳米线轴线方向收集光生载流子，可以有效降低电子-空穴的体复合提高光电转换效率。但这种径向结构的异质结区与平面结构相比具有更大界面接触，纳米线表面大量的表面缺陷态增加了界面光生载流子的复合几率，从而限制了径向硅纳米线太阳能电池效率的提升。
实用新型内容
本实用新型的一个目的是提供一种硅基径向纳米线太阳能电池，解决纳米线表面大量的表面缺陷态提升界面光生载流子复合率而导致的短路电流较低的问题。
本实用新型技术方案如下：一种硅基径向纳米线太阳能电池，包括n型单晶硅衬底，所述n型单晶硅衬底的第一面设置n型纳米线周期阵列结构，所述n型单晶硅衬底的第二面设置金属薄膜，所述n型纳米线周期阵列结构表面依次设置硫化钼薄膜和p型非晶硅薄膜，所述p型非晶硅薄表面和n型单晶硅衬底的由n型纳米线周期阵列结构裸露的第一面设置透明导电薄膜，所述透明导电薄膜和金属薄膜引出导电电极对外供电。
优选的，所述n型单晶硅衬底的厚度为20～5000微米。
优选的，所述n型纳米线周期阵列结构的纳米线直径为10～200纳米，高度为50～2000纳米。
优选的，所述硫化钼薄膜为单层或多层薄膜叠加组合构成，厚度为1～100纳米。
优选的，所述p型非晶硅薄膜的厚度为0.01～1微米。
优选的，所述透明导电薄膜为氧化铟锡、掺铝氧化锌和掺氟氧化锡中的一种，厚度为20～500纳米。
优选的，所述金属薄膜为Ag、Al和Gu中的一种，厚度为20～100纳米。
本实用新型所提供的技术方案的优点在于：利用硫化钼薄膜作为本征层对n型纳米线周期阵列的纳米线表面缺陷进行修饰，MoS2具有典型的层状结构，且随着层数的不同，能带宽度可以在1.2ev和1.9ev之间进行调控，并从间接带隙转为直接带隙，较宽的能带在降低界面复合的同时提高对宽光谱太阳能波段(300-1100nm)的吸收，从而有效提高硅基径向纳米线太阳能电池的光电转换效率。本实用新型具有结构简单、低成本和效率高的特点，所需工艺步骤均是成熟工艺，适于批量生产。
附图说明
图1为实施例1硅基径向纳米线太阳能电池的结构示意图；
图2为实施例1、2、3硅基径向纳米线太阳能电池与无MoS2薄膜硅基纳米线太阳能电池的光谱吸收率对比图。
图3为实施例1、2、3硅基径向纳米线太阳能电池与无MoS2薄膜硅基纳米线太阳能电池的电流电压曲线测试结果对比图。
具体实施方式
下面结合实施例对本实用新型作进一步说明，但不作为对本实用新型的限定。
请结合图1所示，实施例1的硅基径向纳米线太阳能电池通过以下过程制得：首先在厚度为20微米，掺杂浓度为1×1012cm-3的n型单晶硅衬底1的第一面利用反应离子刻蚀工艺制备n型纳米线周期阵列结构2，硅纳米线直径为10nm，高度为50nm；在n型纳米线周期阵列结构2表面利用化学气相沉积法，用固态MoO3和S粉作为前驱体，反应温度范围500℃制备厚度为1nm的单层硫化钼薄膜3；在硫化钼薄膜3上利用等离子增强化学沉积技术制备一层重掺杂浓度为1×1016cm-3的p型非晶硅薄膜4，厚度为10nm；利用退火设备对沉积的非晶硅薄膜进行退火处理，退火峰值温度为600℃，退火时间为300min，环境气氛为N2；然后在p型非晶硅薄膜4以及n型单晶硅衬底1的由n型纳米线周期阵列结构2裸露的第一面上利用电子束蒸发工艺制备一层厚度为20nm的氧化铟锡透明导电薄膜5，透明导电薄膜5一端引出导线作为光伏电池的正极；最后在n型单晶硅衬底1下表面采用电子束蒸发工艺制备20nm的Al金属薄膜6，金属薄膜6一端引出导线作为光伏电池的负极。
实施例2的硅基径向纳米线太阳能电池通过以下过程制得：首先在厚度为5000微米，掺杂浓度为1×1018cm-3的n型单晶硅衬底1的第一面利用反应离子刻蚀工艺制备n型纳米线周期阵列结构2，硅纳米线直径为200nm，高度为2000nm；在n型纳米线周期阵列结构2表面利用化学气相沉积法，用固态MoO3和S粉作为前驱体，反应温度范围800℃制备总厚度为100nm的多层硫化钼薄膜3；在硫化钼薄膜3上利用等离子增强化学沉积技术制备一层重掺杂浓度为1×1019cm-3的p型非晶硅薄膜4，厚度为1000nm；利用退火设备对沉积的非晶硅薄膜进行退火处理，退火峰值温度为600℃，退火时间为500min，环境气氛为N2；然后在p型非晶硅薄膜4以及n型单晶硅衬底1的由n型纳米线周期阵列结构2裸露的第一面上利用电子束蒸发工艺制备一层厚度为500nm的掺铝氧化锌透明导电薄膜5，透明导电薄膜5一端引出导线作为光伏电池的正极；最后在n型单晶硅衬底1下表面采用电子束蒸发工艺制备30nm的Ag金属薄膜6，金属薄膜6一端引出导线作为光伏电池的负极。
实施例3的硅基径向纳米线太阳能电池通过以下过程制得：首先在厚度为200微米，掺杂浓度为1×1014cm-3的n型单晶硅衬底1的第一面利用反应离子刻蚀工艺制备n型纳米线周期阵列结构2，硅纳米线直径为150nm，高度为2000nm；在n型纳米线周期阵列结构2表面利用化学气相沉积法，用固态MoO3和S粉作为前驱体，反应温度范围600℃制备总厚度为50nm的多层硫化钼薄膜3；在硫化钼薄膜3上利用等离子增强化学沉积技术制备一层重掺杂浓度为1×1018cm-3的p型非晶硅薄膜4，厚度为50nm；利用退火设备对沉积的非晶硅薄膜进行退火处理，退火峰值温度为800℃，退火时间为300min，环境气氛为N2；然后在p型非晶硅薄膜4以及n型单晶硅衬底1的由n型纳米线周期阵列结构2裸露的第一面上利用电子束蒸发工艺制备一层厚度为100nm的掺氟氧化锡透明导电薄膜5，透明导电薄膜5一端引出导线作为光伏电池的正极；最后在n型单晶硅衬底1下表面采用电子束蒸发工艺制备50nm的Gu金属薄膜6，金属薄膜6一端引出导线作为光伏电池的负极。
实施例4的硅基径向纳米线太阳能电池通过以下过程制得：首先在厚度为100微米，掺杂浓度为1×1014cm-3的n型单晶硅衬底1的第一面利用反应离子刻蚀工艺制备n型纳米线周期阵列结构2，硅纳米线直径为80nm，高度为1000nm；在n型纳米线周期阵列结构2表面利用化学气相沉积法，用固态MoO3和S粉作为前驱体，反应温度范围600℃制备总厚度为60nm的多层硫化钼薄膜3；在硫化钼薄膜3上利用等离子增强化学沉积技术制备一层重掺杂浓度为1×1016cm-3的p型非晶硅薄膜4，厚度为600nm；利用退火设备对沉积的非晶硅薄膜进行退火处理，退火峰值温度为800℃，退火时间为300min，环境气氛为N2；然后在p型非晶硅薄膜4以及n型单晶硅衬底1的由n型纳米线周期阵列结构2裸露的第一面上利用电子束蒸发工艺制备一层厚度为80nm的掺氟氧化锡透明导电薄膜5，透明导电薄膜5一端引出导线作为光伏电池的正极；最后在n型单晶硅衬底1下表面采用电子束蒸发工艺制备50nm的Gu金属薄膜6，金属薄膜6一端引出导线作为光伏电池的负极。
从图2可以看出，从实施例1和实施例2与现有无MoS2薄膜硅基纳米线太阳能电池相比，600～1100nm区间范围内的长波长光子的吸收率显著提高。实施例3与现有无MoS2薄膜硅基纳米线太阳能电池相比，400～500nm区间的短波长光子和600～1100nm区间范围内的长波长光子的吸收率均显著提高。
从图3可以看出，从实施例1、实施例2和实施例3无MoS2薄膜硅基纳米线太阳能电池相比，短路电流密度由9.96mA/cm2提高12.5mA/cm2、17.45mA/cm2和17.56mA/cm2，表明MoS2薄膜的引入对光生载流子的分离和收集效率显著提高；开路电压由0.3V变化为0.33V、0.36V和0.43V，表面钝化效果优异，使器件的光电转换效率均得到提高。

Claims (7)

1.一种硅基径向纳米线太阳能电池，其特征在于，包括n型单晶硅衬底，所述n型单晶硅衬底的第一面设置n型纳米线周期阵列结构，所述n型单晶硅衬底的第二面设置金属薄膜，所述n型纳米线周期阵列结构表面依次设置硫化钼薄膜和p型非晶硅薄膜，所述p型非晶硅薄表面和n型单晶硅衬底的由n型纳米线周期阵列结构裸露的第一面设置透明导电薄膜，所述透明导电薄膜和金属薄膜引出导电电极对外供电。
2.根据权利要求1所述的硅基径向纳米线太阳能电池，其特征在于，所述n型单晶硅衬底的厚度为20～5000微米。
3.根据权利要求1所述的硅基径向纳米线太阳能电池，其特征在于，所述n型纳米线周期阵列结构的纳米线直径为10～200纳米，高度为50～2000纳米。
4.根据权利要求1所述的硅基径向纳米线太阳能电池，其特征在于，所述硫化钼薄膜为单层或由多层薄膜叠加组合构成，厚度为1～100纳米。
5.根据权利要求1所述的硅基径向纳米线太阳能电池，其特征在于，所述p型非晶硅薄膜的厚度为0.01～1微米。
6.根据权利要求1所述的硅基径向纳米线太阳能电池，其特征在于，所述透明导电薄膜为氧化铟锡、掺铝氧化锌和掺氟氧化锡中的一种，厚度为20～500纳米。
7.根据权利要求1所述的硅基径向纳米线太阳能电池，其特征在于，所述金属薄膜为Ag、Al和Gu中的一种，厚度为20～100纳米。
CN201821118229.5U 2018-07-16 2018-07-16 一种硅基径向纳米线太阳能电池 Active CN208368527U (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201821118229.5U CN208368527U (zh) 2018-07-16 2018-07-16 一种硅基径向纳米线太阳能电池

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201821118229.5U CN208368527U (zh) 2018-07-16 2018-07-16 一种硅基径向纳米线太阳能电池

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN208368527U true CN208368527U (zh) 2019-01-11

Family

ID=64925418

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201821118229.5U Active CN208368527U (zh) 2018-07-16 2018-07-16 一种硅基径向纳米线太阳能电池

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN208368527U (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108649093A (zh) * 2018-07-16 2018-10-12 常熟理工学院 一种硅基径向纳米线太阳能电池及其制备方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108649093A (zh) * 2018-07-16 2018-10-12 常熟理工学院 一种硅基径向纳米线太阳能电池及其制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Ajayan et al. A review of photovoltaic performance of organic/inorganic solar cells for future renewable and sustainable energy technologies
CN104993059B (zh) 一种硅基钙钛矿异质结太阳电池及其制备方法
CN101369610A (zh) 一种新型结构硅纳米线太阳能电池
CN107275432B (zh) 一种晶体硅太阳能电池及其制备方法
WO2022134991A1 (zh) 太阳能电池及生产方法、光伏组件
CN103296123A (zh) P-型碳量子点/n-型硅纳米线阵列异质结太阳能电池及其制备方法
CN104332522B (zh) 一种石墨烯双结太阳能电池及其制备方法
CN105720197A (zh) 一种自驱动宽光谱响应硅基杂化异质结光电传感器及其制备方法
CN111430494A (zh) 一种串联型钙钛矿晶硅太阳能电池及其制备方法
Hsueh et al. Crystalline-Si photovoltaic devices with ZnO nanowires
CN114335348B (zh) 一种pn异质结硒化锑/钙钛矿太阳能电池及其制备方法
CN104241411A (zh) 一种阳极界面修饰的高效碲化镉纳米晶肖特基结太阳电池及其制备方法
CN103219413A (zh) 一种石墨烯径向异质结太阳能电池及其制备方法
CN103985778A (zh) 具有选择性发射极的异质结太阳能电池及其制备方法
CN208368527U (zh) 一种硅基径向纳米线太阳能电池
CN108321221A (zh) 具有微腔结构的石墨烯太阳能电池及其制备方法
CN112909181A (zh) 一种钙钛矿/钙钛矿两端叠层太阳能电池的隧穿结
CN115148838A (zh) 太阳电池及生产方法、光伏组件
CN208368521U (zh) 具有微腔结构的石墨烯太阳能电池
KR101410392B1 (ko) 이종 접합 태양전지 및 그 제조방법
CN110137269A (zh) 一种石墨烯/InGaN多结异质太阳能电池及其制备方法
CN217182188U (zh) 一种钙钛矿/钙钛矿/硅-锗基三结叠层太阳能电池
CN113690340B (zh) 一种钙钛矿晶硅叠层太阳能电池制作方法及电池结构
CN112701194B (zh) 一种异质结太阳能电池的制备方法
CN101707219B (zh) 本征隔离结构太阳能电池及其制造方法

Legal Events

Date Code Title Description
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant