专利名称：聚光硅纳米孔阵列结构太阳能电池及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种太阳能电池及其制备方法，特别是关于一种高性能聚光硅纳米孔阵列结构太阳能电池及其制备方法。
背景技术：
太阳能电池中通过半导体pn结进行光伏能量转换有两个必要的步骤。首先，电池吸收光，产生电子-空穴对；然后，由器件结构将电子和空穴分开，电子流向负极而空穴流向正极，从而产生光伏电压和电流。为了增加光吸收，一种方法是绝大多数太阳能电池依靠抗反射膜减少自电池前表面的光反射；另一种方法是在电池上表面采用金字塔织构并结合有光学反射性能的背面，使进入电池的光线传输路线加长，形成陷光，提高开路电压。纳米科学技术的发展为高效硅太阳能电池的制作提供了新的机遇。硅纳米结构材料具有显著优异于晶硅材料的光伏性能。目前人们关注最多的是利用氢化纳米晶硅 (nc-Si:H)薄膜制作的太阳能电池。硅晶粒的纳米结构具有显著的量子限制效应，有助于光吸收谱范围的增加。氢化纳米晶硅材料还具有较大的比表面积，因此具有更大的光吸收系数和良好的吸收特性。硅纳米线结构的太阳能电池的pn结生长在纳米线的径向，光生载流子的输运与光吸收方向分尚，具有更长的少子寿命和传输长度。同时，娃纳米线中的娃原子具有定向的有序生长，可以提高其结晶质量，与硅纳米薄膜相比具有更大的比表面积，具有良好的光吸收性能。但是，硅纳米线机械稳定性能不够理想，很容易坍塌，同时较大的电阻和过量的表面复合损耗了大量光生载流子。尽管如此，纳米结构的太阳能电池仍然比晶硅本身有更高的电池效率。硅纳米孔阵列结构电池具有替代硅纳米线结构电池的潜力。该结构兼顾晶硅的机械稳定性和硅纳米结构的陷光吸收特性，同时具有多边形对称排列的纳米孔阵列结构具有良好的聚光效应，因此将具有更加良好的电池效率和性能。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种高性能聚光硅纳米孔阵列结构太阳能电池及其制备方法。在与已有的太阳能电池制备工艺兼容的前提下，提出创新的硅纳米孔阵列结构具有聚光结构，以其提高太阳能电池的转化效率。本发明提供一种聚光硅纳米孔阵列结构太阳能电池，包括一 Al/Si合金背电极；一 p+背接触层，位于Al/Si合金背电极的上面；一 p型晶硅材料层，位于P+背接触层的上面；一 n+接触层，位于p型晶硅材料层的上面，该n+接触层的上面开有硅纳米孔阵列；一 SiO2钝化层，位于开有硅纳米孔阵列的n+接触层的表面；一前电极，横竖交叉形成于n+接触层上。本发明还提供一种聚光硅纳米孔阵列结构太阳能电池的制备方法，包括如下步骤步骤I :在p型晶娃材料层上表面形成制备一层n+接触层,形成pn+结结构；步骤2 :在p型晶硅材料层下表面形成P+背接触层；步骤3 :在n+接触层上表面上光刻出硅纳米孔阵列的光刻胶图形；步骤4 :将Ag金属填充于硅纳米孔阵列的光刻胶图形内，通过诱导腐蚀的方法，形成硅纳米孔阵列；步骤5 :在位于开有硅纳米孔阵列的n+接触层的表面，淀积SiO2钝化层；步骤6 :在P+背接触层下表面制作Al/Si合金背电极；步骤7 :通过光刻、腐蚀和金属蒸发剥离，在n+接触层上制作前电极。本发明的有益效果是I、本发明设计的纳米孔阵列结构太阳能电池兼顾晶硅的机械稳定性和硅纳米结构的陷光吸收特性，同时具有多边形对称排列的纳米孔阵列结构具有良好的聚光效应，因此将具有更加良好的电池效率和性能。2、本发明采用的金属催化诱导的湿法腐蚀工艺制备硅纳米孔阵列，步骤简单，易于大面积制备规则的纳米孔阵列，对硅材料损伤小，制作成本低，步骤简单，效率高。综上所述，本发明提供的这种制备硅基纳米柱阵列的方法，与传统制备方法相比， 具有上述明显的有益效果。上述诸多的优点及实用价值，在技术上有较大的进步，并产生了好用及实用的效果，从而更加适于实用。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图详细说明如后，其中图I为聚光硅基纳米孔阵列结构太阳能电池的结构示意图；图2为本发明提供的制备聚光硅基纳米孔阵列结构太阳能电池的流程图；图3为聚光硅基纳米孔阵列结构示意具体实施例方式请参阅图I所示，本发明提供一种聚光硅纳米孔阵列结构太阳能电池，包括一 Al/Si 合金背电极 101 ；一 p+背接触层102，位于Al/Si合金背电极101的上面；一 p型晶硅材料层103，位于P+背接触层102的上面；一 n+接触层104，位于p型晶硅材料层103的上面，该n+接触层104的上面开有硅纳米孔阵列105，该硅纳米孔阵列105的孔贯穿n+接触层104，该n+接触层104的厚度为 100-1000nm，该硅纳米孔阵列105的孔按多边形对称点阵结构周期排列，硅纳米孔阵列105 孔的孔径为100nm-800nm，周期数为3_5倍的孔径；一 SiO2钝化层106，位于开有硅纳米孔阵列105的n+接触层104的表面；一前电极107，横竖交叉形成于n+接触层104上，该前电极107的材料为Ti/Pd/ Ag多层金属指状电极、ITO透明电极或石墨烯透明电极。请参阅图2并结合参阅图I和图3，本发明还提供一种聚光硅纳米孔阵列结构太阳能电池的制备方法，包括如下步骤步骤201 :在p型晶娃材料层103上表面形成制备一层n+接触层104,形成pn+结结构，所述Pn+结结构采用离子注入法或扩散法形成；步骤202 :在p型晶硅材料层103下表面形成p+背接触层102 ；步骤203 :在n+接触层104上表面上光刻出硅纳米孔阵列105的光刻胶图形，该硅纳米孔阵列105的孔按多边形对称点阵结构周期排列，如图3所示六边形301，八边形302 或十边形303等，硅纳米孔阵列105孔的孔径为100nm-800nm，周期数为3-5倍的孔径，该硅纳米孔阵列105的周期孔阵图形采用纳米压印技术、DUV光刻、飞秒激光无掩膜光刻或电子束光刻制作形成；步骤204 :将Ag金属填充于硅纳米孔阵列105的光刻胶图形内，通过诱导腐蚀的方法形成硅纳米孔阵列105，该硅纳米孔阵列105的孔贯穿n+接触层104，该n+接触层104 的厚度为100-1000nm，所述Ag金属点阵诱导腐蚀硅材料过程如下(a)采用HF AgNOj 合液在聚光结构周期孔阵图形中沉积一层均匀的Ag颗粒；(b)再用HF H2O2混合液在Ag 的诱导下各向异性刻蚀出孔洞，去离子水终止刻蚀；(c)然后用HNO3 H2O去除Ag颗粒，去离子水冲洗；步骤205 :在位于开有硅纳米孔阵列105的n+接触层104的表面，淀积SiO2钝化步骤
层106206 :在P+背接触层102下表面制作Al/Si合金背电极101，合金温度为450步骤207 :通过光刻、腐蚀和金属蒸发剥离，在n+接触层104上制作前电极107，该前电极107的材料为Ti/Pd/Ag多层金属指状电极、ITO透明电极或石墨烯透明电极，该电极通过退火与n+接触层104形成欧姆接触。以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种聚光硅纳米孔阵列结构太阳能电池，包括一 Al/Si合金背电极；一 P+背接触层，位于Al/Si合金背电极的上面；一 P型晶娃材料层，位于P+背接触层的上面；一 n+接触层，位于p型晶硅材料层的上面，该n+接触层的上面开有硅纳米孔阵列；一 SiO2钝化层，位于开有硅纳米孔阵列的n+接触层的表面；一前电极，横竖交叉形成于n+接触层上。
2.根据权利要求I所述的聚光硅纳米孔阵列结构太阳能电池，其中硅纳米孔阵列的孔贯芽n接触层，该n接触层的厚度为100_1000nm。
3.根据权利要求2所述的聚光硅纳米孔阵列太阳能电池结构，其中硅纳米孔阵列的孔，按多边形对称点阵结构周期排列，硅纳米孔阵列孔的孔径为100nm-800nm，周期数为3-5倍的孔径。
4.根据权利要求I所述的聚光硅纳米孔阵列太阳能电池结构，其中前电极的材料为 Ti/Pd/Ag多层金属指状电极、ITO透明电极或石墨烯透明电极。
5.一种聚光硅纳米孔阵列结构太阳能电池的制备方法，包括如下步骤步骤I :在P型晶娃材料层上表面形成制备一层n+接触层,形成pn+结结构；步骤2 :在p型晶硅材料层下表面形成P+背接触层；步骤3 :在n+接触层上表面上光刻出硅纳米孔阵列的光刻胶图形；步骤4 :将Ag金属填充于硅纳米孔阵列的光刻胶图形内，通过诱导腐蚀的方法，形成硅纳米孔阵列；步骤5 :在位于开有硅纳米孔阵列的n+接触层的表面，淀积SiO2钝化层；步骤6 :在P+背接触层下表面制作Al/Si合金背电极；步骤7 :通过光刻、腐蚀和金属蒸发剥离，在n+接触层上制作前电极。
6.根据权利要求5所述的制备聚光硅纳米孔阵列结构太阳能电池的方法，其中pn+结结构采用离子注入法或扩散法形成。
7.根据权利要求5所述的制备聚光硅纳米孔阵列结构太阳能电池的方法，其中硅纳米孔阵列的孔贯穿n+接触层，该n+接触层的厚度为100-1000nm。
8.根据权利要求5所述的制备聚光硅纳米孔阵列结构太阳能电池的方法，其中硅纳米孔阵列的孔，按多边形对称点阵结构周期排列，硅纳米孔阵列孔的孔径为100nm-800nm，周期数为3-5倍的孔径。
9.根据权利要求8所述的制备聚光硅纳米孔阵列结构太阳能电池的方法，其中硅纳米孔阵列的周期孔阵图形采用纳米压印技术、DUV光刻、飞秒激光无掩膜光刻或电子束光刻制作形成。
10.根据权利要求5所述的制备聚光硅纳米孔阵列结构太阳能电池的方法，其中前电极的材料为Ti/Pd/Ag多层金属指状电极、ITO透明电极或石墨烯透明电极。
全文摘要
一种聚光硅纳米孔阵列结构太阳能电池，包括一Al/Si合金背电极；一p+背接触层，位于Al/Si合金背电极的上面；一p型晶硅材料层，位于p+背接触层的上面；一n+接触层，位于p型晶硅材料层的上面，该n+接触层的上面开有硅纳米孔阵列；一SiO2钝化层，位于开有硅纳米孔阵列的n+接触层的表面；一前电极，横竖交叉形成于n+接触层上。
文档编号H01L31/18GK102610665SQ20111043594
公开日2012年7月25日 申请日期2011年12月22日 优先权日2011年12月22日
发明者李小明, 杨富华, 陈艳坤, 韩伟华 申请人:中国科学院半导体研究所