本發(fā)明涉及一種太陽能電池領(lǐng)域,具體涉及一種納米線異質(zhì)結(jié)太陽能電池及其制備方法。
背景技術(shù):
:近年來,隨著人們對能源需求不斷增加,作為可再生能源之一的太陽能引起越來越多的關(guān)注。太陽能電池將光能轉(zhuǎn)化為電能逐漸成為研究的熱點。晶體硅電池作為第一代太陽能電池,具有良好的轉(zhuǎn)換效率,原材料豐富,無毒,但是晶體硅電池的制備能量回收期長,使晶體硅太陽能電池實現(xiàn)大范圍的應(yīng)用成本較低,隨后,出現(xiàn)了以較低成本為特征的第二代薄膜電池,其中之一的硅薄膜電池相對于晶體硅電池,其明顯的優(yōu)勢就是降低了電池的制備成本,但是硅薄膜電池的轉(zhuǎn)換效率相對于硅電池較低。2μmsi納米線能夠吸收近90%的入射光。而si襯底則需要200μm。因此納米線太陽能能電池結(jié)構(gòu)能夠減少材料的使用,大幅度降低成本。但是目前納米線太陽能電池的效率還不能和其襯底材料的性能相比擬,主要的原因就是納米線引入表面復(fù)合降低了它的電學(xué)性能,最終導(dǎo)致其效率不如襯底材料。技術(shù)實現(xiàn)要素:有鑒于此,本申請?zhí)峁┮环N可以抑制異質(zhì)結(jié)納米線太陽能電池表面復(fù)合效率,從而提高太陽能電池效率的納米線太陽能電池及其制備方法。為解決以上技術(shù)問題,本發(fā)明提供的技術(shù)方案是一種納米線異質(zhì)結(jié)太陽能電池,其特征在于,所述太陽能電池包括由下到上依次設(shè)置的背電極層,襯底層,阻擋層,納米線層,活性層,正電極層,所述活性層的材料為二氧化鈦或氫化非晶硅。優(yōu)選的,所述襯底層的材料為磷化銦。選用磷化銦作為襯底層的材料是因為磷化銦與硅和砷化鎵相比具有相對低的表面復(fù)合效率和最佳的帶隙。優(yōu)選的,所述阻擋層的材料為二氧化硅。優(yōu)選的,所述阻擋層厚度為20~40nm。更優(yōu)選的,所述阻擋層的厚度為30nm。優(yōu)選的,所述阻擋層上設(shè)置有周期性圓形納米孔,所述納米孔的直徑為120~160nm,周期為250~350nm。更優(yōu)選的,所述納米孔的直徑為140nm,周期為300nm。優(yōu)選的,所述納米線的材料為磷化銦,所述納米線層中納米線的直徑為130~200nm。更優(yōu)選的,所述納米線采用二乙基鋅作為p型摻雜源,所述納米線的直徑為150nm。優(yōu)選的,所述活性層的材料為二氧化鈦層時厚度為5~50nm,所述活性層的材料為氫化非晶硅時厚度為10~100nm。更優(yōu)選的,所述活性層的材料為二氧化鈦層時厚度為5~30nm,所述活性層的材料為氫化非晶硅時厚度為20~80nm。優(yōu)選的,所述背電極層的材料為ti/au或者ti/ag金屬,厚度為100nm,所述正電極層的材料為ito,厚度為100nm。更優(yōu)選的,所述背電極層的材料為ti/au或者ti/ag金屬,ti的厚度為10nm,au或ag的厚度為90nm。本發(fā)明還提供了一種納米線異質(zhì)結(jié)太陽能電池的制備方法,其特征在于,所述制備方法包括:(1)提供一襯底層,所述襯底層的材料為p型磷化銦;(2)在所述襯底層上生長一層阻擋層,在所述阻擋層上形成周期性圓形納米孔;(3)在所述阻擋層的圓形納米孔上生長納米線層;(4)在所述納米層上生長活性層;(5)在所述活性層上生長正電極層;(6)在所述襯底層下生長背電極層。(7)封裝成電池成品。優(yōu)選的,所述阻擋層采用等離子體增強的化學(xué)氣相沉積法或原子層沉積方法生長,所述納米孔采用電子束曝光方法形成,所述納米線層采用選擇區(qū)域外延法生長,所述活性層采用原子層沉積方法或等離子體增強化學(xué)的氣相沉積法生長,所述正電極層和所述背電極層采用電子束蒸發(fā)或磁控濺射等蒸鍍方法生長。更優(yōu)選的,所述阻擋層的生長可以采用等離子體增強的化學(xué)氣相沉積法或原子層沉積方法,當(dāng)采用等離子體增強的化學(xué)氣相沉積法生長時,沉積溫度為250℃,當(dāng)采用原子層沉積方法生長時,沉積溫度為75℃。所述納米線層采用選擇區(qū)域外延法生長,生長設(shè)備為分子束外延生長設(shè)備或者金屬有機化合物化學(xué)氣相沉淀系統(tǒng),磷化銦納米線的生長采用三甲基銦和磷源,生長速度分別為6.07×10-6mol/min和4.91×10-4mol/min,采用二乙基鋅作為p型摻雜源,摻雜速率為2.06×10-5mol/min。更優(yōu)選的,所述活性層的材料可以為二氧化鈦或者氫化非晶硅,當(dāng)活性層材料為二氧化鈦時,采用原子層沉積法生長,厚度為5-30nm,生長溫度為100-300℃;當(dāng)活性層材料為氫化非晶硅時,采用等離子體增強的化學(xué)氣相沉積法生長,厚度為20-80nm,生長溫度為200-350℃。本申請與現(xiàn)有技術(shù)相比,其詳細(xì)說明如下:本發(fā)明提供一種磷化銦異質(zhì)結(jié)太陽能電池,該電池主要包括p型納米線,n型的二氧化鈦或氫化非晶硅,由于磷化銦材料本身也是一種具有相對低(相對于si,gaas)的表面復(fù)合率,并且其具有最佳的帶隙,因此本申請中襯底層和納米線均采用磷化銦材料,同時本申請中采用二氧化鈦和氫化非晶硅作為活性層,二氧化鈦和氫化非晶硅不僅能夠充當(dāng)活性的n摻雜層,并且能夠抑制納米線的表面復(fù)合的缺點。采用此方法能夠利用納米線的高吸收特性而抑制其表面復(fù)合,從而大幅度提高納米線太陽電池的效率。此外,本申請中的納米線層采用選擇區(qū)域外延法生長,采用該方法能夠避免金屬雜質(zhì)的引入,從而避免了金屬作為缺陷,在半導(dǎo)體中引起復(fù)合從而降低效率。綜上所述,本發(fā)明提供的納米線異質(zhì)結(jié)太陽能電池解決了現(xiàn)有技術(shù)中由于納米線引入而導(dǎo)致表面復(fù)合從而降低電池效率的問題。附圖說明圖1為本申請?zhí)峁┑募{米線太陽能電池中所述襯底層上形成的的阻擋層層圖案結(jié)構(gòu)示意圖;圖a為側(cè)視圖,圖b為頂視圖。圖2是本申請?zhí)峁┑募{米線太陽能電池的成品結(jié)構(gòu)示意圖;圖a為側(cè)視圖,圖b為頂視圖。具體實施方式為了使本領(lǐng)域的技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案,下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進一步的詳細(xì)說明。本申請所述的一種納米線異質(zhì)結(jié)太陽能電池,如圖2所示,包括依次設(shè)置的背電極層6,襯底層1,阻擋層2,納米線層3,活性層4,正電極層5,其中所述襯底層1的材料為磷化銦,所述阻擋層的材料為二氧化硅,厚度為30nm,在二氧化硅上形成周期性的圓形納米孔,所述納米孔的直徑為d為140nm,周期為300nm,所述納米線層中納米線的直徑為150nm,所述活性層為二氧化鈦或者氫化非晶硅,二氧化鈦的厚度為5-30nm,氫化非晶硅的厚度為20-80nm,背電極層的材料為ti/au或者ti/ag金屬,厚度為100nm。其制備方法包括以下步驟:(1)提供一襯底層1,所述襯底層的材料為磷化銦;(2)在所述襯底層上生長阻擋層層2,在所述阻擋層上生長周期性的圓形納米孔;(3)在所述阻擋層的圓形納米孔上生長納米線層3;(4)在所述納米線層3上生長活性層4,所述活性層的材料為二氧化鈦或氫化非晶硅;(5)在所述活性層4上生長正電極層5;(6)在所述襯底層1下生長背電極層6;(7)封裝形成電池成品。為了驗證本申請技術(shù)方案的技術(shù)效果,在上述具體實施方式要求的基礎(chǔ)上,采用具體參數(shù)進行試驗驗證,得到以下具體實施例。實施例1如圖2所示,本實施例所述的一種納米線異質(zhì)結(jié)太陽能電池,包括依次設(shè)置的背電極層6,襯底層1,阻擋層2,納米線層3,活性層4,正電極層5。其制備方法如下:(1)提供p型inp襯底層1;(2)在所述襯底層1上采用pecvd方法生長一層sio2層2,沉積溫度為250℃,厚度為30nm。(3)在所述sio2層2上形成周期性的圓形納米孔,所述納米孔的形成采用電子束曝光方法,所述納米孔的直徑為d為140nm,周期為300nm,所述納米孔為周期性六角對稱圖形。(4)在所述sio2層2上的圓形納米孔內(nèi)采用選擇區(qū)域外延法(sae)生長納米線層3,所述納米線的材料為inp,所述納米線層的生長設(shè)備為mocvd系統(tǒng),所述納米線的直徑為150nm,采用二乙基鋅作為p型摻雜源,摻雜速率為2.06×10-5mol/min,所述inp納米線的生長采用三甲基銦和磷源,速率分別為6.07×10-6mol/min和4.91×10-4mol/min。(5)在所述納米線層3上采用ald方法生長tio2層4,所述二氧化鈦層厚度為5nm,生長溫度為300℃。(6)在所述tio2層4上采用電子束蒸發(fā)蒸鍍方法生長一層ito層5作為正電極層,厚度為100nm。(7)在所述襯底層1下面采用電子束蒸發(fā)蒸鍍方法生長一層背電極層6,采用ti/au金屬,厚度為10/90nm。(8)封裝形成磷化銦納米線異質(zhì)結(jié)太陽能電池產(chǎn)品。實施例2基于實施例1,實施例2在以下步驟參數(shù)設(shè)置不同:步驟(5)具體為在所述納米線層3采用ald方法生長tio2層4,所述二氧化鈦層厚度為5nm,生長溫度為100℃。實施例3基于實施例1,實施例3在以下步驟參數(shù)設(shè)置不同:步驟(5)具體為在所述納米線層3采用ald方法生長tio2層4,所述二氧化鈦層厚度為30nm,生長溫度為100℃。實施例4基于實施例1,實施例4在以下步驟參數(shù)設(shè)置不同:步驟(5)具體為在所述納米線層3采用ald方法生長tio2層4,所述二氧化鈦層厚度為50nm,生長溫度為200℃。實施例5基于實施例1,實施例5在以下步驟參數(shù)設(shè)置不同:步驟(4)具體為在所述sio2層2上的圓形納米孔內(nèi)采用選擇區(qū)域外延法(sae)生長納米線層3,所述納米線的材料為inp,所述納米線層的生長設(shè)備為mbe系統(tǒng),所述納米線的直徑為180nm,采用二乙基鋅作為p型摻雜源,摻雜速率為2.06×10-5mol/min,所述inp納米線的生長采用三甲基銦和磷源,速率分別為6.07×10-6mol/min和4.91×10-4mol/min。(5)在所述納米線層3上采用pecvd方法生長氫化非晶硅層4,所述氫化非晶硅層厚度為20nm,生長溫度為200℃。實施例6基于實施例1,實施例6在以下步驟參數(shù)設(shè)置不同:步驟(4)具體為在所述sio2層2上的圓形納米孔內(nèi)采用選擇區(qū)域外延法(sae)生長納米線層3,所述納米線的材料為inp,所述納米線層的生長設(shè)備為mbe系統(tǒng),所述納米線的直徑為130nm,采用二乙基鋅作為p型摻雜源,摻雜速率為2.06×10-5mol/min,所述inp納米線的生長采用三甲基銦和磷源,速率分別為6.07×10-6mol/min和4.91×10-4mol/min。(5)在所述納米線層3上采用pecvd方法生長氫化非晶硅層4,所述氫化非晶硅層厚度為80nm,生長溫度為350℃。實施例7基于實施例1,實施例7在以下步驟參數(shù)設(shè)置不同:步驟(4)具體為在所述sio2層2上的圓形納米孔內(nèi)采用選擇區(qū)域外延法(sae)生長納米線層3,所述納米線的材料為inp,所述納米線層的生長設(shè)備為mbe系統(tǒng),所述納米線的直徑為200nm,采用二乙基鋅作為p型摻雜源,摻雜速率為2.06×10-5mol/min,所述inp納米線的生長采用三甲基銦和磷源,速率分別為6.07×10-6mol/min和4.91×10-4mol/min。(5)在所述納米線層3上采用pecvd方法生長氫化非晶硅層4,所述氫化非晶硅層厚度為100nm,生長溫度為300℃。實施例8基于實施例1,實施例8在以下步驟參數(shù)設(shè)置不同:步驟(4)具體為在所述sio2層2上的圓形納米孔內(nèi)采用選擇區(qū)域外延法(sae)生長納米線層3,所述納米線的材料為inp,所述納米線層的生長設(shè)備為mbe系統(tǒng),所述納米線的直徑為130nm,采用二乙基鋅作為p型摻雜源,摻雜速率為2.06×10-5mol/min,所述inp納米線的生長采用三甲基銦和磷源,速率分別為6.07×10-6mol/min和4.91×10-4mol/min。(5)在所述納米線層3上采用pecvd方法生長氫化非晶硅層4,所述氫化非晶硅層厚度為10nm,生長溫度為200℃。實施例9基于實施例1,實施例9在以下步驟參數(shù)設(shè)置不同:步驟(2)具體為在所述襯底層1上采用ald方法生長一層sio2層2,沉積溫度為75℃,厚度為30nm。步驟(3)具體為在所述sio2層2上形成周期性的圓形納米孔,所述納米孔的形成采用電子束曝光方法,所述納米孔的直徑為d為120nm,周期為250nm,所述納米孔為周期性六角對稱圖形。實施例10基于實施例1,實施例10在以下步驟參數(shù)設(shè)置不同:步驟(2)具體為在所述襯底層1上采用ald方法生長一層sio2層2,沉積溫度為75℃,厚度為30nm。步驟(3)具體為在所述sio2層2上形成周期性的圓形納米孔,所述納米孔的形成采用電子束曝光方法,所述納米孔的直徑為d為160nm,周期為350nm,所述納米孔為周期性六角對稱圖形。實施例11基于實施例1,實施例11在以下步驟參數(shù)設(shè)置不同:步驟(6)具體在所述tio2層4上采用磁控濺射蒸鍍方法生長一層ito層5作為正電極層,厚度為100nm。步驟(7)具體為在所述襯底層1下面采用電磁控濺射蒸鍍方法生長一層背電極層6,采用ti/ag金屬,厚度為10/90nm。實施例12對實施例1——11制備得的太陽能電池進行參數(shù)測定,各實施例的電池所測試得到的參數(shù)如表1所示,表中voc代表開路電壓(v),jsc代表短路電流(ma/cm2),ff代表填充因子(%),eff代表光電轉(zhuǎn)換效率(%)。表1各實施例的電池參數(shù)實施例vocjscffeff10.7332.10.818.7420.72330.7917.7730.7535.40.8121.540.7334.60.7919.9550.74300.7215.9560.7431.20.7417.0870.7631.20.818.9780.6928.20.7314.290.729.80.7515.64100.7331.10.7617.88110.7432.10.7818.67由表1中的數(shù)據(jù)可以看出,本發(fā)明提供的納米線異質(zhì)結(jié)太陽能電池的效率有了明顯提高,目前的異質(zhì)結(jié)納米線太陽電池(基于硅材料)的效率為13%左右,本申請中的太陽能電池均達到了15%以上,最高可以達到21.5%。以上僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式,應(yīng)當(dāng)指出的是,上述優(yōu)選實施方式不應(yīng)視為對本發(fā)明的限制,本發(fā)明的保護范圍應(yīng)當(dāng)以權(quán)利要求所限定的范圍為準(zhǔn)。對于本
技術(shù)領(lǐng)域:
的普通技術(shù)人員來說,在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi),還可以做出若干改進和潤飾,這些改進和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。當(dāng)前第1頁12