CN102646745B - 一种光伏器件及太阳能电池 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种光伏器件以及包含该光伏器件的太阳能电池。该光伏器件包括透明电极区、窗口区、吸收区三个区，该三个区的入光面和背面，共六个面中的至少一面具有与纳米线或纳微球点接触形成的低维复合界面结构。本申请提供的光伏器件制备的太阳能电池，利用仿生的低维复合界面结构提高光伏器件对阳光的采集，并将纳米线和/或纳微球作为表面等离子激元，进一步增强陷光效应。同时，通过可控的点接触形成可控的掺杂，提供了一个既能减少空穴和电子复合机会，又利于传输空穴或电子的势场，提高了电子空穴的分离效率和运输能力，实现了高效的光伏效应；并且通过掺杂界面的调控，调节能带工程，提高光伏电流和/或电压，提高了光伏转换能力。
Description
技术领域
本发明涉及光电转换材料领域，特别是涉及一种光伏器件以及含有该光伏器件的太阳能电池。
背景技术
人类进入二十一世纪，环境污染和能源短缺已愈来愈制约着社会的可持续发展。太阳能等可再生能源技术代表了清洁能源的发展方向，作为最具可持续发展理想特征的太阳能光伏发电将进入人类能源结构并成为基础能源的重要组成部分。我国也已经将其作为构建和谐可持续发展的新型社会的重要基础条件列入国家中长期科技发展规划中。从广泛的意义讲，地球上的能源归根结底都来自于太阳。除核能和地热能等可以认为是在地球形成过程中储存下来的能量以外，其它所有能源都源于太阳发生的热核反应所释放的巨大能量，包括可再生能源和化石能源。太阳发射出的总辐射能量大约为3.75×1026W，考虑到地球大气层的反射和吸收之后，一年中地球表面所接受的太阳能高达1.05×1018KWh，大约是本世纪初全球初级能源消耗总量的一万倍。太阳给人类带来了光明，也给人类带来了取之不尽、用之不竭的自然能源，使我们看到未来的希望。
提高太阳能电池的效率，必须从以下四个方面寻求突破：1)实现太阳能电池对太阳光全光谱的吸收，即陷光效应；2)增强光子转换成电子的效率，即光电效应；3)改善光生载流子的运输和提高电极采集的能力，即光伏效应；4)增加光伏电压，亦即光伏效应。目前的研究中，低维材料复合界面结构在太阳能电池中的应用及对光吸收的影响方面开始受到关注，主要研究在以下几方面：
(1)本发明的发明人之一制备了非金属纳米线(硅纳米线)，应用于硅基薄膜电池获得陷光效果[1]；
(2)Vassilios利用金属纳米球构成陷光结构[2]；
(3)Daniel Inns利用非金属微球(硅纳微球)作为电池光反射结构实现陷光结构[3]；
(4)HarryA.Atwater通过模拟计算金属纳米球与太阳电池的接触，可以实现三重效果，a)在电池表面构成陷光结构；b)在半导体层与透明电极界面构成陷光结构；c)在吸光区与背电极界面构成表面等离子激元结构实现陷光功能[4]；
(5)本发明的发明人之一在电池背面通过铜纳米线与碲化镉电池背接触，通过退火重掺，获得隧道结结构，提高了电池性能[5]。
但是，通过可控的低维材料与电池的复合界面工程，***突破如上所述的陷光效应、光电效应和光伏效应在太阳能电池中的应用及对光吸收的影响尚未有相关的研究报道。
参考文献
[1]Hang Zhou，Alan Colli，Arman Ahnood，Yang Yang，Nalin Rupesinghe，TimButler，Ibraheem Haneef，Pritesh Hiralal，Arokia Nathan，Gehan A.J.Amaratunga，Arrays of Parallel Connected CoaxialMultiwall-Carbon-Nanotube-Amorphous-Silicon Solar Cells，Adv.Mater.，21，3919-3923，2009.
[2]Vassilios Yannopapas，Nikolay V.Vitanov，Ultra-subwavelength focusing oflight by a monolayer of metallic nanoshells with an adsorbed defect，phys.stat.sol.(RRL)2，287-289，2008.
[3]Daniel Inns，Lei Shi，Armin G.Aberle，Silica Nanospheres as Back SurfaceReflectors for Crystalline Silicon Thin-film Solar Cells，Prog.Photovolt：Res.Appl.，16，187-194，2008.
[4]Harry A.Atwater，Albert Polman，“Plasmonics for improved photovoltaicdevices”Nature Material，9，205-213，2010.
[5]Jun Liang，Hui Bi，Dongyun Wan，Fuqiang Huang，Novel CuNanowires/Graphene as Back Contact for CdTe Solar Cells，Adv.Func.Mater.，22，1267-1271，2012.
发明内容
本申请的目的是提供一种光伏器件，以及含有该光伏器件的太阳能电池。
为了实现上述目的，本申请采用了以下技术方案：
本申请公开了一种光伏器件，包括透明电极区、窗口区、吸收区，在透明电极区、窗口区、吸收区的至少一个区的入光面具有与纳米线和/或纳微球点接触形成的低维复合界面结构。
进一步的，本申请的光伏器件中，在其吸收区的背面具有与纳米线和/或纳微球点接触形成的低维复合界面结构。
本申请的实施方式中，纳米线、纳微球的材料为金属材料、或非金属材料、或金属与非金属的复合材料；其中金属材料选自铜，镍，锌，锡，镁，铝，锰，铬，镉，碲，铟，锑，钛，金，铂，钼，银中的一种或者几种；非金属材料选自硅、锗、硒、碳、氮化硼、硫化镉、硫化锌、二氧化钛、二氧化硅、氧化锌、硫化铜、氧化钒、锂化合物及它们的合金，和聚苯乙烯，聚噻吩，富勒烯及它们的衍生物中的一种或者几种，所述碳包括石墨烯、纳米碳管和不定性碳中的至少一种；金属与非金属的复合材料包括金属材料包裹非金属材料而成的复合材料，或非金属材料包裹金属材料而成的复合材料。
进一步的，纳米线的直径为5nm-500nm，纳米线的长度为50nm-5mm，纳米线之间的间距为10nm-100μm。
进一步的，纳微球的直径为50nm-500μm，纳微球之间的间距为0-100μm。
本申请的实施方式中，点接触包括纳米线或纳微球与基面形成合金的点接触、纳米线或纳微球与基面不形成合金的点接触中的至少一种；其中，纳米线或纳微球与基面形成合金的点接触中，合金的直径或深度是纳米线直径的0.1-10倍，或者是纳微球直径的0.01-10倍。
本申请的光伏器件中，吸收区的材料选自二六族化合物、三五族化合物、硅材料、有机光电材料、染料敏化材料中的至少一种。
进一步的，二六族化合物选自CdTe材料、CuInSe材料、CuInGaSe材料、CuZnSeS材料中的至少一种；三五族化合物选自GaAs材料、InP材料、InGaP材料中的至少一种；硅材料是单晶硅、多晶硅、硅薄膜、纳米硅晶颗粒中的一种；有机光电材料选自酞青锌、甲基叶林、蒽、联苯、半菁类及衍生物和聚噻吩中的至少一种；染料敏化材料包括TiO2和染色剂，所述染色剂包括无机材料或有机材料，所述无机材料包括钌染料，所述有机材料选自吲哚啉类染料、香豆素类染料、三苯胺类染料、菁类染料、方酸类染料、二烷基苯胺类染料、咔唑类染料、芴类染料、二萘嵌苯类染料、四氢喹啉类染料、卟啉类染料、酞菁类染料中的至少一种。
本申请的光伏器件中，吸收区的维度为纳米颗粒、块体、薄膜与薄膜叠层、薄膜与块体叠层中的一中。
本申请还公开了一种含有上述光伏器件的太阳能电池。
由于采用以上技术方案，本发明的有益效果在于：
本申请的光伏器件和太阳能电池，借鉴飞蛾眼球表面的特殊结构，在光伏材料的界面上设计低维复合界面结构，增加了射入光伏材料的光通量，提高了光伏材料对阳光的采集，实现其光管理功能。同时，将纳米线和/或纳微球作为表面等离子激元(SPP)，进一步增强陷光效应，在不减弱电学性能的情况下增强陷光效果。此外，在形成低维复合界面结构时，对点接触进行控制，形成区域、深度和直径可控的掺杂，提供了一个既能减少空穴和电子复合机会，又利于传输空穴或电子的势场，从而提高了电子空穴的分离效率和运输能力，使得光生载流子(光子转换成电子/空穴)的寿命与电极采集的时间(速度)相匹配，产生的光电子能够同步地成为“伏打电子”，实现高效的光伏效应。并且通过点接触对掺杂界面的调控，调节能带工程，提高光伏电流和/或电压，提高了光伏转换能力。
附图说明
图1是本申请实施例中CdTe太阳电池结构示意图；
图2是本申请实施例中CIGS太阳电池结构示意图；
图3是本申请实施例中三五族GsAs太阳电池结构示意图；
图4是本申请实施例中晶体硅太阳电池结构示意图；
图5是本申请实施例中薄膜硅太阳电池结构示意图；
图6是本申请实施例中染料敏化太阳电池结构示意图；
图7是本申请实施例中纳米线与光伏器件光伏材料的不同层点接触的结构示意图，71表示纳米线与透明电极区的入光面点接触，72表示纳米线与透明电极区的背面或窗口区的入光面点接触，73表示纳米线与窗口区的背面或吸收区的入光面点接触，74表示纳米线与吸收区的背面点接触；
图8是本申请实施例中纳微球与光伏器件光伏材料的不同层点接触的结构示意图81表示纳微球与透明电极区的入光面点接触，82表示纳微球与透明电极区的背面或窗口区的入光面点接触，83表示纳微球与窗口区的背面或吸收区的入光面点接触，84表示纳微球与吸收区的背面点接触；
图9是本申请实施例中纳米线和/或纳微球与光伏材料入光面和背面点接触的结构示意图，其中91表示纳米线与透明电极区入光面和吸收区的背面点接触，92表示纳微球与透明电极区入光面和吸收区的背面点接触，93表示纳米线与透明电极区入光面点接触，纳微球与吸收区背面点接触，94表示纳微球与透明电极区入光面点接触，纳米线与吸收区背面点接触；
图10是本申请实施例中纳米线穿过透明电极区与窗口区入光面点接触的结构示意图101，以及纳米线穿过透明电极区和窗口区与吸收区的入光面点接触的结构示意图102；
图11是本申请实施例中纳米线穿过光伏材料与其中一个区的入光面点接触，同时，纳米线与吸收区背面接触的结构示意图，111表示纳米线穿过透明电极区与窗口区的入光面点接触，同时纳米线与吸收区的背面点接触，112表示纳米线穿过透明电极区和窗口区与吸收区的入光面点接触，同时纳米线与吸收区的背面点接触；
图12是本申请实施例中纳米线穿过光伏材料与其中一个区的入光面点接触，同时，纳微球与吸收区背面接触的结构示意图，121表示纳米线穿过透明电极区与窗口区的入光面点接触，同时纳微球与吸收区的背面点接触，122表示纳米线穿过透明电极区和窗口区与吸收区的入光面点接触，同时纳微球与吸收区的背面点接触；
图13是本申请实施例中纳微球与光伏器件光伏材料的不同层点接触，同时，纳微球与吸收区的背面点接触的结构示意图，131表示纳微球与透明电极区背面或窗口区入光面点接触，同时纳微球与吸收区的背面点接触，132表示纳微球与窗口区背面或吸收区入光面点接触，同时纳微球与吸收区的背面点接触；
图14是本申请实施例中纳微球与光伏器件光伏材料的不同层点接触，同时，纳米线与吸收区的背面点接触的结构示意图，141表示纳微球与透明电极区背面或窗口区入光面点接触，同时纳米线与吸收区的背面点接触，142表示纳微球与窗口区背面或吸收区入光面点接触，同时纳米线与吸收区的背面点接触。
具体实施方式
本申请的一种实施方式中，在所述透明电极区、窗口区、吸收区的入光面和背面共计六个面中，至少一个面具有与纳米线和/或纳微球点接触形成的低维复合界面结构。其中“与纳米线和/或纳微球点接触形成低维复合界面结构”的实现方式是，11)在只有一个面具有低维复合界面结构时，采用纳米线或者纳微球与基面点接触；或者该面的部分采用纳米线点接触，其它部分采用纳微球点接触；12)在多个面具有低维复合界面结构时，其中一个或几个面采用纳米线点接触形成低维复合界面结构，其余面采用纳微球点接触形成低维复合界面结构。需要说明的是，在上述六个面中，在其中两个面相接触的情况下，在多个面上进行纳米线和/或纳微球点接触形成低维复合界面结构时，只选择两个接触面中的一个面与纳米线和/或纳微球点接触形成低维复合界面结构。
本申请的发明人在光伏器件的光伏材料(透明电极区、窗口区、吸收区)界面(入光面、背面)上设计低维复合界面结构，该低维复合界面结构表面的特殊结构设计，有利于增加射入光伏电池的光通量，提高了光伏器件对阳光的采集。同时，将纳米线和/或纳微球作为表面等离子激元(SPP)，进一步增强光伏器件的陷光效应，在不减弱电学性能的情况下增强陷光效果。此外，本申请的低维复合界面结构中纳米线和/或纳微球与界面进行可控的点接触，形成不同区域、深度和直径的掺杂，在电极与光伏材料的界面加入一个既能减少空穴和电子复合机会，又有利于传输空穴或者电子的势场，提高了电子空穴的分离效率和输运能力，使得光生载流子(光子转换成电子/空穴)的寿命与电极采集的时间(速度)相匹配，产生的光电子能够同步地成为“伏打电子”，实现高效的光伏效应。
本申请进一步的改进实施方式中，在吸收区的背面设计与纳米线和/或纳微球点接触形成的低维复合界面结构；同时，透明电极区和窗口区的入光面和背面、吸收区的入光面共计五个面中，至少一个面具有纳米线和/或纳微球点接触形成的低维复合界面结构。需要说明的是，在上述五个面中，在其中两个面相接触的情况下，在多个面上进行纳米线和/或纳微球点接触形成低维复合界面结构时，只选择两个接触面中的一个面与纳米线和/或纳微球点接触形成低维复合界面结构。其中“与纳米线和/或纳微球点接触形成低维复合界面结构”的实现方式与前述相同。
本申请优选的实施方式中，具体包括，在吸收区的背面设计与纳米线和/或纳微球点接触形成的低维复合界面结构；同时，在透明电极区、窗口区、吸收区的其中一个区的入光面设计纳米线和/或纳微球点接触形成的低维复合界面结构。该优选的实施方式中又包括四种实现方式，21)背面和入光面的低维复合界面结构均采用纳米线；22)背面和入光面的低维复合界面结构均采用纳微球；23)背面的低维复合界面结构采用纳米线，入光面的低维复合界面结构采用纳微球；24)背面的低维复合界面结构采用纳微球，入光面的低维复合界面结构采用纳米线。需要说明的是，上述21)、22)、23)、24)中，背面是指吸收区的背面，入光面是指电极区、窗口区、吸收区的其中一个区的入光面。
前述本申请优选的实施方式中，采用两个低维复合界面结构分别实现增强陷光效应、提高光伏效应两个功能。在入光面利用仿生飞蛾眼球表面结构的低维复合界面结构提高阳光采集、增强陷光效果，飞蛾在漆黑的夜间仍能捕获微弱的光线，分辨障碍物；研究报道显示，这与飞蛾眼球表面的特殊结构相关，并认为飞蛾眼球表面的特殊结构能与空气形成一种折射率连续变化的高性能减反界面，该界面减反角度大，几乎能对各方向太阳光进行全光谱吸收。本申请的发明人借鉴飞蛾眼球表面的特殊结构，设计低维复合界面结构提高阳光采集、增强陷光效果；同时，在吸收区背面通过可控的点接触掺杂，低维复合界面结构提供了一个既能减少空穴和电子复合机会，又有利于传输空穴或电子的势场，提高了电荷的收集和转移能力，实现高效的光伏效应。需要说明的是，本申请中，增强陷光效应、提高光伏效应对低维复合界面结构本身来说并不是两个完全分离的效果。
需要说明的是，纳米线与窗口区的入光面点接触时，其实现方式包括两种：第一，纳米线在透明电极区和窗口区之间与窗口区入光面点接触，如图7的72；第二，纳米线穿过透明电极区与窗口区的入光面点接触，如图10的101、图11的111以及图12的121。纳米线与吸收区的入光面点接触时，其实现方式也包括两种：第一，纳米线在窗口区和吸收区之间与吸收区入光面点接触，如图7的73；第二，纳米线穿过透明电极区和窗口区与吸收区的入光面点接触，如图10的102、图11的112以及图12的122。
本申请所有实施方式中，纳米线、纳微球的材料包括金属材料、非金属材料、金属与非金属的复合材料；其中金属材料选自铜，镍，锌，锡，镁，铝，锰，铬，镉，碲，铟，锑，钛，金，铂，钼，银中的一种或者几种；非金属材料选自硅、锗、硒、碳、氮化硼、硫化镉、硫化锌、二氧化钛、二氧化硅、氧化锌、硫化铜、氧化钒、锂氧化物、锂酸化物及它们的合金，和聚苯乙烯，聚噻吩，富勒烯及它们的衍生物中的一种或者几种，所述碳包括石墨烯、纳米碳管和不定性碳中的至少一种；金属与非金属的复合材料包括金属材料包裹非金属材料而成的复合材料，非金属材料包裹金属材料而成的复合材料。纳米线的直径、长度和间距根据具体采用的材料的性质在直径5nm-500nm、长度50nm-5mm、间距10nm-100μm范围内调整；纳微球的粒径和间距同样根据具体采用的材料在粒径50nm-500μm、间距0-100μm范围内调整。
本申请所有实施方式中，点接触分为两种，一种是纳米线或纳微球与基面形成合金的点接触，这种情况下，纳米线或纳微球与基面发生反应形成合金，合金的直径或深度根据具体选用的材料，在纳米线直径的0.1-10倍，或者纳微球直径的0.01-10倍范围之间；另一种是纳米线或纳微球与基面不形成合金的点接触，这种情况下，纳米线或纳微球与基面不会发生反应形成合金。需要说明的是，合金的深度是指纳米线或纳微球与基面形成合金，该合金陷入基面平面的深度；合金的直径是指合金在基面平面上的直径。其中合金的深度和直径通过控制纳米线或纳微球与基面点接触的温度和时间来控制，原则上温度越高、时间越长合金的直径越大、深度越深。
本申请所有实施方式中，吸收区的材料选自二六族化合物、三五族化合物、硅材料中的至少一种；其中二六族化合物选自CdTe材料、CuInSe材料、CuInGaSe材料、CuZnSeS材料中的至少一种；三五族化合物选自GaAs材料、InP材料、InGaP材料中的至少一种；硅材料是单晶硅、多晶硅、硅薄膜、纳米硅晶颗粒中的一种；有机光电材料选自酞青锌、甲基叶林、蒽、联苯、半菁类及衍生物和聚噻吩中的至少一种；染料敏化材料包括TiO2和染色剂，所述染色剂包括无机材料或有机材料，所述无机材料包括钌染料，所述有机材料选自吲哚啉类染料、香豆素类染料、三苯胺类染料、菁类染料、方酸类染料、二烷基苯胺类染料、咔唑类染料、芴类染料、二萘嵌苯类染料、四氢喹啉类染料、卟啉类染料、酞菁类染料中的至少一种；吸收区为纳米颗粒或块体或薄膜与薄膜叠层或薄膜与块体叠层。本申请的实施方式中，窗口区的材料选自CdS、ZnS、AlInP2、GaAs、AlGaAs、硅中的至少一种。透明电极区为ZnO:Al(AZO)透明电极、In2O3:Sn(ITO)透明电极、SnO2:F(FTO)透明电极、TiO2:Nb(NTO)透明电极中的至少一种，透明电极的厚度50nm-1μm。
本申请的实施方式中，透明电极区的制备方法包括：气相输运(HVPE)、Sputter、CVD、蒸镀法、电化学法中的至少一种；窗口区的制备方法包括：Sputter、蒸镀法、CVD、化学水浴沉积(CBD)、近真空升华(CSS)，电化学法中的至少一种；吸收区的制备方法包括：CSS、电化学沉积、Sputter、HVPE、CVD法中的至少一种。
本申请中提到的基面，是指纳米线或纳微球与之结合的形成低维复合界面结构的面。
采用本申请提供的光伏器件制备的太阳能电池，由于光伏器件中具有低维复合界面结构，该低维复合界面结构仿生飞蛾眼球表面的特殊结构设计，有利于增加射入光伏电池的光通量，提高了光伏器件对阳光的采集。同时，将纳米线和/或纳微球作为表面等离子激元(SPP)，进一步增强光伏器件的陷光效应，在不减弱电学性能的情况下增强陷光效果，实现光管理功能。此外，本申请的低维复合界面结构中纳米线和/或纳微球与界面进行可控的点接触，在电极与光伏材料的界面加入一个既能减少空穴和电子复合机会，又有利于传输空穴或者电子的势场，提高了电子空穴的分离效率和输运能力，使得光生载流子(光子转换成电子/空穴)的寿命与电极采集的时间(速度)相匹配，产生的光电子能够同步地成为“伏打电子”，实现高效的光伏效应。并且，低维复合界面结构中，通过控制点接触对掺杂的调控，调节能带工程，提高电池光伏电流，提高了光伏转换能力，从而提高了太阳能电池的效率。
下面通过具体实施例结合附图对本申请作进一步详细说明。以下实施例仅对本申请进行进一步的说明，不应理解为对本申请的限制。以下实施例3-20描述顺序为实际操作过程中太阳能电池的制备顺序。
实施例一纳微球的制备
本申请使用的纳微球可以自己制备或直接购买商品化纳微球。
纳微球的制备方法包括：首先合成单分散性的聚合物种子，这些单分散聚合物种子可通过分散聚合和无皂乳液聚合法获得，分散聚合是把单体(如苯乙烯)，引发剂(AIBN)及稳定剂(PVA)等溶解在乙醇和水里。然后采用加热聚合法，通过搅拌速率、温度以及时间控制而制得粒径均一的纳微球(如聚苯乙烯微球)。
对于直接购买的纳微球，如聚苯乙烯纳微球(Sigma-Aldrich公司的产品53532-1G-F)、二氧化硅微球(龙口市瑞隆高科技有限公司的产品TOND-180)，将购买的纳微球与悬浮溶剂混匀，制备成纳微球悬浮液，控制纳微球用量以及悬浮溶剂的体积，使得悬浮液浓度控制在1mg/L-1g/L之间。其中悬浮溶剂为水或乙醇。混匀时磁搅拌器的搅拌速率为100-1000转每分钟。
纳微球与基面点接触采用蒸发自组装法，即将上述纳微球悬浮液涂覆于光电材料的表面，在室温至60摄氏度之间的温度蒸发悬浮液的液体，纳微球在悬浮液的气-液相界面处进行高效组装形成紧挨致密的纳微球薄膜，沉积在基面上。
纳微球在基面上的间距通过半导体微结构加工方式先在基面上做成具有特定间距微结构模板，使得纳微球只能占据一些特定的位置，从而控制纳微球沉积位置，可控地制备具有所需间距排列的纳微球薄膜。
纳微球与基面形成合金时，通过纳微球与基面的点接触的控制一定的温度和时间来控制组分元素互相之间的热扩散，形成所需深度和直径的合金区域。
实施例二纳米线的制备
纳米线与基面的点接触的实现方式是，直接在基面上生成纳米线，其间距通过半导体微结构加工方式先在基面上做成具有特定间距的微结构模板，使得生成的纳米线只能占据一些特定的位置，从而控制纳米线沉积位置，可控地制备具有所需间距排列的纳米线。
金属纳米线的制备方法以铜、银、镍等金属纳米线为例。模板为多孔氧化铝薄膜，由上海昊航化工有限公司提供(CAS number：Ultrathin Free-standingPorous Anodic Alumina)，以该模板为工作电极，金属片(铜、银、镍)为对电极，恒电位沉积法制备金属纳米线(铜、银、镍等)。沉积电位-0.4V至4V，沉积时间为10分钟至6分钟。沉积完毕后，用6mol/L的氢氧化钠溶液去除氧化铝模板，得到金属纳微线。通过所选取的多孔模板的孔洞间距来控制纳米线的间距。通过选取的多孔模板的空洞大小来控制纳米线的直径，通过沉积时间的长短来控制纳米线的长度。
合金的形成可以是通过纳米线与基面的点接触的控制一定的温度和时间来控制组分元素互相之间的热扩散，形成所需深度和直径的合金区域。
非金属纳米线的制备方法以ZnO为例，以ZnO纳米颗粒为种子层，通过半导体微加工方式控制颗粒间距，采用CVD方法，O2气氛下通入Zn蒸汽，通过温度与时间控制ZnO纳米线的直径与长度。
实施例三具有低维材料复合结构的CdTe太阳电池，透明电极区入光面纳微球
透明电极区入光面纳微球的制备：采用蒸发自组装法，将实施例一的纳微球的悬浮液涂覆于玻璃的表面，在室温至60摄氏度之间的温度蒸发悬浮液的液体，纳微球在悬浮液的气-液相界面处进行高效组装形成致密的纳微球薄膜，沉积在透明电极区的入光面上。纳微球在基面上的间距通过半导体微结构加工方式先在基面上做成具有特定间距微结构模板，使得纳微球只能占据一些特定的位置，从而控制纳微球沉积位置，可控地制备具有特定间距排列的纳微球薄膜。
透明导电层制备：采用溅射法制备AZO导电玻璃，玻璃衬底温度为室温，载气为氩气或者氩氢混合气(其中氢气小于10％)，反应气压为0.1Pa，气体流量5sccm(standard cubic centimeter per minute，标准立方厘米/分钟)，功率为50W，靶距为5cm。沉积厚度约为600nm。得到导电玻璃，即透明电极区。
窗口层制备：采用溅射法制备CdS层，导电玻璃衬底温度为室温，反应气压为0.1Pa，功率为100W，靶材为CdS靶，其中N2作为载气，气体流量5sccm。沉积厚度约为100nm。
吸光层制备：采用溅射法制备CdTe层，上述衬底温度为300℃，反应气压为0.1Pa，功率为100W，氩气或者氩氧混合气作为载气，气体流量5sccm，靶材为CdTe靶，沉积厚度约为1～7μm。
背电极的制备：采用溅射法制备ZnTe/ZnTe:Cu/Cu复合层，上述衬底温度为300℃，反应气压为0.1Pa，功率为100W，氩气或者氩氧混合气作为载气，气体流量5sccm，靶材为ZnTe靶，ZnTe:Cu靶和Cu靶，沉积厚度分别为20nm，70nm，300nm。
本例分别采用了粒径为50nm、100nm、200nm、300nm、500nm的纳微球进行涂覆，纳微球紧挨致密排列，纳微球间的间距为零。
实施例四具有低维材料复合结构的CdTe太阳电池，窗口区入光面纳微球
透明导电层制备：采用LPCVD沉积FTO导电玻璃，衬底温度为400℃，反应气压为3kPa，反应前驱体为Tetramethyltin(TMT)，Bromotrifluoromethane(CBrF3)气体提供F源，同时通入O2和N2，其中N2作为载气。沉积厚度约为500nm。
纳微球的制备：将实施例一的纳微球的悬浮液通过旋涂机涂覆于上述透明导电层上，在室温至60摄氏度之间的温度蒸发悬浮液的液体，沉积在透明导电层上。需要指出的是，此处纳微球相当于是与透明电极区的背面点接触，但是，透明电极区紧接着就是窗口区，因此，也可以理解为纳微球是与窗口区的入光面点接触。
窗口层制备：采用溅射法制备，导电玻璃衬底温度为室温，反应气压为0.1Pa，功率为100W，靶材为CdS靶，其中N2作为载气，气体流量5sccm。沉积厚度约为100nm。
吸光层制备：采用溅射法制备，上述衬底温度为300℃，反应气压为0.1Pa，功率为100W，氩气或者氩氧混合气作为载气，气体流量5sccm，靶材为CdTe靶，沉积厚度约为1～7μm。
背电极的制备：采用溅射法制备ZnTe/ZnTe:Cu/Cu复合层，上述衬底温度为300℃，反应气压为0.1Pa，功率为100W，氩气或者氩氧混合气作为载气，气体流量5sccm，靶材为ZnTe靶，ZnTe:Cu靶和Cu靶，沉积厚度分别为20nm、70nm、300nm。
本例分别采用了粒径为5nm、10nm、20nm、30nm、50nm的纳微球进行涂覆，纳微球的间距在旋涂过程中随机分布，或者纳微球在基面上的间距通过半导体微结构加工方式先在基面上做成具有特定间距微结构模板，使得纳微球只能占据一些特定的位置，从而控制纳微球沉积位置，可控的制备具有特定间距排列的纳微球薄膜。
实施例五具有低维材料复合结构的CdTe太阳电池，吸光层入光面纳微球
透明导电层制备：采用LPCVD沉积FTO导电玻璃，衬底温度为400℃，反应气压为3kPa，反应前驱体为Tetramethyltin(TMT)，Bromotrifluoromethane(CBrF3)气体提供F源，同时通入O2和N2，其中N2作为载气。沉积厚度约为500nm。
窗口层制备：采用化学水浴法制备CdS层，反应物为醋酸铵、醋酸镉、氨水以及硫脲。首先将密封容器中加入去离子水，加热至80℃，加入醋酸镉、醋酸铵、氨水，沉积厚度约为100nm。
纳微球的制备：将实施例一的纳微球的悬浮液通过旋涂机涂覆于窗口区背面，在室温至60摄氏度之间的温度蒸发悬浮液的液体，沉积在窗口区上。需要指出的是，此处纳微球相当于是与窗口区的背面点接触，但是，窗口区紧接着就是吸收区，因此，也可以理解为纳微球是与吸收区的入光面点接触。
吸光层制备：近真空升华法制备CdTe薄膜，衬底温度为500℃，氩气或者氩氧混合气作为载气，反应气压1kPa，蒸发源为CdTe，沉积厚度约为7μm。
背电极的制备：采用溅射法制备ZnTe/ZnTe:Cu/Cu复合层，上述衬底温度为300℃，反应气压为0.1Pa，功率为100W，氩气或者氩氧混合气作为载气，气体流量5sccm，靶材为ZnTe靶，ZnTe:Cu靶和Cu靶，沉积厚度分别为20nm、70nm、300nm。
本例分别采用了粒径为5nm、10nm、20nm、30nm、50nm的纳微球进行涂覆，纳微球的间距在旋涂过程随机分布，或者纳微球在基面上的间距通过半导体微结构加工方式先在基面上做成具有特定间距微结构模板，使得纳微球只能占据一些特定的位置，从而控制纳微球沉积位置，可控地制备具有特定间距排列的纳微球薄膜。
实施例六具有低维材料复合结构的CdTe太阳电池，吸光层背面纳微球
透明导电层制备：采用LPCVD沉积FTO导电玻璃，衬底温度为400℃，反应气压为3kPa，反应前驱体为Tetramethyltin(TMT)，Bromotrifluoromethane(CBrF3)气体提供F源，同时通入O2和N2，其中N2作为载气。沉积厚度约为500nm。
窗口层制备：采用化学水浴法制备CdS层，反应物为醋酸铵、醋酸镉、氨水以及硫脲。首先将密封容器中加入去离子水，加热至80℃，加入醋酸镉、醋酸铵、氨水，沉积厚度约为100nm。
吸光层制备：近真空升华法制备CdTe薄膜，衬底温度为500℃，氩气或者氩氧混合气作为载气，反应气压1kPa，蒸发源为CdTe，沉积厚度约为7μm。
吸光层背面纳微球的制备：采用蒸发自组装法，将实施例一的纳微球的悬浮液涂覆于吸光层上，在室温至60摄氏度之间的温度蒸发悬浮液的液体，纳微球在悬浮液的气-液相界面处进行高效组装形成致密的纳微球薄膜，沉积在吸光层上。
背电极的制备：采用溅射法制备ZnTe/ZnTe:Cu复合层，上述衬底温度为300℃，反应气压为0.1Pa，功率为100W，氩气或者氩氧混合气作为载气，气体流量5sccm，靶材为ZnTe靶，ZnTe:Cu靶，沉积厚度分别为20nm和70nm。采用印刷法在背面印刷石墨浆，200℃空气中退火30分钟，厚度约为10μm
本例分别采用了纳微球粒径为50nm、100nm、200nm、300nm、500nm的纳微球进行涂覆，纳微球紧挨致密排列，纳微球间的间距可以为零，也可以随机分布，也可以纳微球在基面上的间距可以通过半导体微结构加工方式先在基面上做成具有特定间距微结构模板，使得纳微球只能占据一些特定的位置，从而控制纳微球沉积位置，可控地制备具有特定间距排列的纳微球薄膜。
实施例七具有低维材料复合结构的CdTe太阳电池，透明电极入光面纳微球，吸光层背面纳米线
透明导电层制备：采用Sputter沉积NTO导电玻璃，衬底温度为200℃，载气为氩气或者氩氢混合气(其中氢气小于10％)，反应气压为0.1Pa，气体流量5sccm，功率为50W，靶距为5cm。沉积厚度约为600nm。得到导电玻璃。
透明电极区入光面纳微球的制备：采用蒸发自组装法，将实施例一的纳微球的悬浮液涂覆于透明电极区的入光面，在室温至60摄氏度之间的温度蒸发悬浮液的液体，纳微球在悬浮液的气-液相界面处进行高效组装形成致密的纳微球薄膜，沉积在透明电极区入光面上。
窗口层制备：采用化学水浴法制备CdS层，反应物为醋酸铵、醋酸镉、氨水以及硫脲。首先将密封容器中加入去离子水，加热至80℃，加入醋酸镉、醋酸铵、氨水，沉积厚度约为100nm。
吸光层制备：近真空升华法制备CdTe薄膜，衬底温度为500℃，氩气或者氩氧混合气作为载气，反应气压1kPa，蒸发源为CdTe，沉积厚度约为7μm。
吸光区背面纳米线的制备：在基面上的间距通过半导体微结构加工方式先在基面上做成具有特定间距微结构模板，使得引导纳米线合成和生长只能占据一些特定的位置，从而控制纳米线沉积位置，可控地制备具有特定间距排列的纳米线。具体的，采用模板法电化学沉积铜，银，镍等金属纳米线。上述模板为多孔氧化铝，以该模板为工作电极，金属片(铜、银、镍)为对电极，恒电位沉积法制备金属纳米线(铜、银、镍等)。沉积电位-0.4V至4V，沉积时间为10分钟至6分钟。沉积完毕后，用6mol/L的氢氧化钠溶液去除氧化铝模板，得到金属纳米线。
背电极的制备：采用溅射法制备ZnTe/ZnTe:Cu/Cu复合层，上述衬底温度为300℃，反应气压为0.1Pa，功率为100W，氩气或者氩氧混合气作为载气，气体流量5sccm，靶材为ZnTe靶，ZnTe:Cu靶和Cu靶，沉积厚度分别为20nm、70nm、300nm。
本例分别采用了纳微球粒径为50nm、100nm、200nm、300nm、500nm的纳微球进行涂覆，纳微球紧挨致密排列，纳微球间的间距可以为零，也可以随机分布，也可以纳微球在基面上的间距可以通过半导体微结构加工方式先在基面上做成具有特定间距微结构模板，使得纳微球只能占据一些特定的位置，从而控制纳微球沉积位置，可控地制备具有特定间距排列的纳微球薄膜。吸光区背面纳米线的直径为5nm-500nm，长度为50nm-5mm，纳米线之间的间距为10nm-100μm。
实施例八具有低维材料复合结构的CdTe太阳电池，窗口区入光面纳微球，吸光区背面纳米线
透明导电层制备：采用LPCVD在聚酰亚胺(PI)衬底上沉积FTO导电玻璃，衬底温度为400℃，反应气压为3kPa，反应前驱体为Tetramethyltin(TMT)，Bromotrifluoromethane(CBrF3)气体提供F源，同时通入O2和N2，其中N2作为载气。沉积厚度约为500nm。
纳微球的制备：将实施例一的纳微球的悬浮液通过旋涂机涂覆于透明电极区的背面，在室温至60摄氏度之间的温度蒸发悬浮液的液体，沉积在透明电极区上。需要指出的是，此处纳微球相当于是与透明电极区的背面点接触，但是，透明电极区紧接着就是窗口区，因此，也可以理解为纳微球是与窗口区的入光面点接触。
窗口层制备：采用化学水浴法制备CdS层，反应物为醋酸铵、醋酸镉、氨水以及硫脲。首先将密封容器中加入去离子水，加热至80℃，加入醋酸镉、醋酸铵、氨水，沉积厚度约为100nm。
吸光层制备：近真空升华法制备CdTe薄膜，衬底温度为500℃，氩气或者氩氧混合气作为载气，反应气压1kPa，蒸发源为CdTe，沉积厚度约为7μm。
吸光区背面纳微线的制备：采用模板法电化学沉积铜，银，镍等金属纳米线。上述模板为多孔氧化铝，以该模板为工作电极，金属片(铜、银、镍)为对电极，恒电位沉积法制备金属纳米线(铜、银、镍等)。沉积电位-0.4V至4V，沉积时间为10分钟至6分钟。沉积完毕后，用6mol/L的氢氧化钠溶液去除氧化铝模板，得到金属纳米线。
背电极的制备：采用溅射法制备ZnTe/ZnTe:Cu/Cu复合层，上述衬底温度为300℃，反应气压为0.1Pa，功率为100W，氩气或者氩氧混合气作为载气，气体流量5sccm，靶材为ZnTe靶，ZnTe:Cu靶和Cu靶，沉积厚度分别为20nm，70nm，300nm。
窗口区入光面纳微球的采用了粒径为5nm、10nm、20nm、30nm、50nm的纳微球进行涂覆，在基面上的间距可以通过半导体微结构加工方式先在基面上做成具有特定间距微结构模板，使得引导纳微球合成和生长只能占据一些特定的位置，从而控制纳微球沉积位置，可控地制备具有特定间距排列的纳微球。纳微球的间距在旋涂过程中随机分布可以为零，也可以随机分布，也可以纳微球在基面上的间距可以通过半导体微结构加工方式先在基面上做成具有特定间距微结构模板，使得纳微球只能占据一些特定的位置，从而控制纳微球沉积位置，可控地制备具有特定间距排列的纳微球薄膜。吸光区背面纳米线的直径为5nm-500nm，长度为50nm-5mm，纳米线之间的间距为10nm-100μm。
实施例九具有低维材料复合结构的CdTe太阳电池，吸光层入光面纳微球，背面纳米线
透明导电层制备：采用LPCVD沉积FTO导电玻璃，衬底温度为400℃，反应气压为3kPa，反应前驱体为Tetramethyltin(TMT)，Bromotrifluoromethane(CBrF3)气体提供F源，同时通入O2和N2，其中N2作为载气。沉积厚度约为500nm。
透明缓冲层的制备：采用溅射法制备SnO2层，玻璃衬底温度为室温，载气为氩气或者氩氢混合气(其中氢气小于10％)，反应气压为0.1Pa，气体流量5sccm，功率为50W，靶距为7cm。沉积厚度约为200nm。
窗口层制备：采用溅射法制备CdS层，导电玻璃衬底温度为室温，反应气压为0.1Pa，功率为100W，靶材为CdS靶，其中N2作为载气，气体流量5sccm。沉积厚度约为70nm。
纳微球的制备：将实施例一的纳微球的悬浮液通过旋涂机涂覆于窗口区背面，在室温至60摄氏度之间的温度蒸发悬浮液的液体，沉积在窗口区上。需要指出的是，此处纳微球相当于是与窗口区的背面点接触，但是，窗口区紧接着就是吸收区，因此，也可以理解为纳微球是与吸收区的入光面点接触。
吸光层制备：采用溅射法制备，上述衬底温度为300℃，反应气压为0.1Pa，功率为100W，氩气或者氩氧混合气作为载气，气体流量5sccm，靶材为CdTe靶，沉积厚度约为5～7μm。
吸光区背面纳微线的制备：采用模板法电化学沉积铜，银，镍等金属纳米线。上述模板为多孔氧化铝，以该模板为工作电极，金属片(铜、银、镍)为对电极，恒电位沉积法制备金属纳微线(铜、银、镍等)。沉积电位-0.4V至4V，沉积时间为10分钟至6分钟。沉积完毕后，用6mol/L的氢氧化钠溶液去除氧化铝模板，得到金属纳微线。
背电极的制备：采用溅射法制备ZnTe/ZnTe:Cu/Cu复合层，上述衬底温度为300℃，反应气压为0.1Pa，功率为100W，氩气或者氩氧混合气作为载气，气体流量5sccm，靶材为ZnTe靶，ZnTe:Cu靶和Cu靶，沉积厚度分别为20nm、70nm、300nm。
窗口区入光面纳微球的采用了粒径为5nm、10nm、20nm、30nm、50nm的纳微球进行涂覆，纳微球的间距在旋涂过程中可以为零，也可以随机分布，也可以纳微球在基面上的间距可以通过半导体微结构加工方式先在基面上做成具有特定间距微结构模板，使得纳微球只能占据一些特定的位置，从而控制纳微球沉积位置，可控地制备具有特定间距排列的纳微球薄膜。吸光区背面纳米线的直径为5nm-500nm，长度为50nm-5mm，纳米线之间的间距为10nm-100μm。
实施例十具有低维材料复合结构的CIGS太阳电池，透明电极入光面纳微球
导电层制备：采用溅射法在玻璃衬底上制备Mo层作为电极，玻璃衬底温度为室温，载气为氩气或者氩氢混合气(其中氢气小于10％)，反应气压为0.1Pa，气体流量5sccm，功率为100W，靶距为5cm。沉积厚度约为600nm。得到Mo电极。
吸光层制备：采用溅射法在衬底上制备CIGS层，衬底温度为200℃，载气为氩气或者氩氢混合气(其中氢气小于10％)，反应气压为0.1Pa，气体流量5sccm，功率为100W，靶距为5cm。沉积厚度约为1.5μm。得到CIGS吸光层。
硒化：惰性气体气氛下，以硒金属为硒源，500℃下退火30min。
窗口层制备：采用化学水浴法制备CdS层，反应物为醋酸铵、醋酸镉、氨水以及硫脲。首先将密封容器中加入去离子水，加热至60℃，加入醋酸镉、醋酸铵、氨水，沉积厚度约为70nm。
透明缓冲层的制备：采用溅射法制备ZnO层，玻璃衬底温度为室温，载气为氩气或者氩氢混合气(其中氢气小于10％)，反应气压为0.1Pa，气体流量5sccm，功率为50W，靶距为7cm。沉积厚度约为50nm。
透明电极的制备：采用溅射法制备AZO层，玻璃衬底温度为室温，载气为氩气或者氩氢混合气(其中氢气小于10％)，反应气压为0.1Pa，气体流量5sccm，功率为100W，靶距为5cm。沉积厚度约为500nm。
透明电极入光面纳微球的制备：采用蒸发自组装法，将实施例一的纳微球的悬浮液涂覆于透明电极区的入光面，在室温至60摄氏度之间的温度蒸发悬浮液的液体，纳微球在悬浮液的气-液相界面处进行高效组装形成致密的纳微球薄膜，沉积在透明电极区的入光面上。
本例分别采用了粒径为50nm、100nm、200nm、300nm、500nm的纳微球进行涂覆，纳微球紧挨致密排列，纳微球间的间距可以为零，也可以随机分布，也可以纳微球在基面上的间距可以通过半导体微结构加工方式先在基面上做成具有特定间距微结构模板，使得纳微球只能占据一些特定的位置，从而控制纳微球沉积位置，可控地制备具有特定间距排列的纳微球薄膜。
实施例十一具有低维材料复合结构的CIGS太阳电池，窗口区入光面纳微球
导电层制备：采用溅射法在玻璃衬底上制备Mo层作为电极，玻璃衬底温度为室温，载气为氩气或者氩氢混合气(其中氢气小于10％)，反应气压为0.1Pa，气体流量5sccm，功率为100W，靶距为5cm。沉积厚度约为600nm。得到Mo电极。
吸光层制备：采用共蒸法在衬底上制备CIGS层，衬底温度为200℃，载气为氩气或者氩氢混合气(其中氢气小于10％)，反应气压为0.1Pa，气体流量5sccm，工作距离为5cm。沉积厚度约为1.5μm。得到CIGS吸光层。
窗口层制备：采用化学水浴法制备CdS层，反应物为醋酸铵、醋酸镉、氨水以及硫脲。首先将密封容器中加入去离子水，加热至60℃，加入醋酸镉、醋酸铵、氨水，沉积厚度约为70nm。
窗口区入光面纳微球的制备：将实施例一的纳微球的悬浮液通过旋涂机涂覆于透明电极区的入光面，在室温至60摄氏度之间的温度蒸发悬浮液的液体，沉积在窗口区的入光面上。
本例分别采用了粒径为5nm、10nm、20nm、30nm、50nm的纳微球进行涂覆，纳微球的间距在旋涂过程中可以为零，也可以随机分布，也可以纳微球在基面上的间距可以通过半导体微结构加工方式先在基面上做成具有特定间距微结构模板，使得纳微球只能占据一些特定的位置，从而控制纳微球沉积位置，可控地制备具有特定间距排列的纳微球薄膜。
透明缓冲层的制备：采用溅射法制备ZnO层，玻璃衬底温度为室温，载气为氩气或者氩氢混合气(其中氢气小于10％)，反应气压为0.1Pa，气体流量5sccm，功率为50W，靶距为7cm。沉积厚度约为50nm。
透明电极的制备：采用溅射法制备AZO层，玻璃衬底温度为室温，载气为氩气或者氩氢混合气(其中氢气小于10％)，反应气压为0.1Pa，气体流量5sccm，功率为100W，靶距为5cm。沉积厚度约为500nm。
实施例十二具有低维材料复合结构的CIGS太阳电池，吸光层入光面纳微球
导电层制备：采用溅射法在玻璃衬底上制备Mo层作为电极，玻璃衬底温度为室温，载气为氩气或者氩氢混合气(其中氢气小于10％)，反应气压为0.1Pa，气体流量5sccm，功率为100W，靶距为5cm。沉积厚度约为600nm。得到Mo电极。
吸光层制备：采用共蒸法在衬底上制备CIGS层，衬底温度为200℃，载气为氩气或者氩氢混合气(其中氢气小于10％)，反应气压为0.1Pa，气体流量5sccm，工作距离为5cm。沉积厚度约为1.5μm。得到CIGS吸光层。
硒化：惰性气体气氛下，以硒金属为硒源，500℃下退火30min。
吸光层入光面纳微球的制备：将实施例一的纳微球的悬浮液通过旋涂机涂覆于透明电极区的入光面，在室温至60摄氏度之间的温度蒸发悬浮液的液体，沉积在窗口区的入光面上。
本例分别采用了粒径为5nm、10nm、20nm、30nm、50nm的纳微球进行涂覆，纳微球的间距在旋涂过程中可以为零，也可以随机分布，也可以纳微球在基面上的间距可以通过半导体微结构加工方式先在基面上做成具有特定间距微结构模板，使得纳微球只能占据一些特定的位置，从而控制纳微球沉积位置，可控地制备具有特定间距排列的纳微球薄膜。
窗口层制备：采用化学水浴法制备CdS层，反应物为醋酸铵、醋酸镉、氨水以及硫脲。首先将密封容器中加入去离子水，加热至60℃，加入醋酸镉、醋酸铵、氨水，沉积厚度约为70nm。
透明缓冲层的制备：采用溅射法制备ZnO层，玻璃衬底温度为室温，载气为氩气或者氩氢混合气(其中氢气小于10％)，反应气压为0.1Pa，气体流量5sccm，功率为50W，靶距为7cm。沉积厚度约为50nm。
透明电极的制备：采用溅射法制备AZO层，玻璃衬底温度为室温，载气为氩气或者氩氢混合气(其中氢气小于10％)，反应气压为0.1Pa，气体流量5sccm，功率为100W，靶距为5cm。沉积厚度约为500nm。
实施例十三具有低维材料复合结构的CIGS太阳电池，吸光层背面纳微球
导电层制备：采用溅射法在玻璃衬底上制备Mo层作为电极，玻璃衬底温度为室温，载气为氩气或者氩氢混合气(其中氢气小于10％)，反应气压为0.1Pa，气体流量5sccm，功率为100W，靶距为5cm。沉积厚度约为600nm。得到Mo电极。
吸光层背面纳微球的制备：采用蒸发自组装法，将实施例一的纳微球的悬浮液涂覆于导电层上，在室温至60摄氏度之间的温度蒸发悬浮液的液体，纳微球在悬浮液的气-液相界面处进行高效组装形成致密的纳微球薄膜，沉积在导电层上。需要说明的是，由于导电层紧邻吸光层，并且阳光是从吸光层经过在到导电层的，因此，沉积在导电层上的纳微球也可以理解为是与吸光层背面点接触。
本例分别采用了纳微球粒径为50nm、100nm、200nm、300nm、500nm的纳微球进行涂覆，纳微球紧挨致密排列，纳微球间的间距可以为零，也可以随机分布，也可以纳微球在基面上的间距可以通过半导体微结构加工方式先在基面上做成具有特定间距微结构模板，使得纳微球只能占据一些特定的位置，从而控制纳微球沉积位置，可控地制备具有特定间距排列的纳微球薄膜。
吸光层制备：采用溅射法在衬底上制备CIGS层，衬底温度为200℃，载气为氩气或者氩氢混合气(其中氢气小于10％)，反应气压为0.1Pa，气体流量5sccm，功率为100W，靶距为5cm。沉积厚度约为1.5μm。得到CIGS吸光层。
窗口层制备：采用Sputter法制备ZnS层，衬底温度为室温，载气为氩气或者氩氢混合气(其中氢气小于10％)，反应气压为0.1Pa，气体流量5sccm，功率为50W，靶距为7cm。沉积厚度约为70nm。
透明电极的制备：采用溅射法制备AZO层，玻璃衬底温度为室温，载气为氩气或者氩氢混合气(其中氢气小于10％)，反应气压为0.1Pa，气体流量5sccm，功率为100W，靶距为5cm，其中N2作为载气。沉积厚度约为500nm。
实施例十四具有低维材料复合结构的CIGS太阳电池，透明电极区入光面纳微球，吸光区背面纳米线
导电层制备：采用溅射法在PI衬底上制备Mo层作为电极，玻璃衬底温度为室温，载气为氩气或者氩氢混合气(其中氢气小于10％)，反应气压为0.1Pa，气体流量5sccm，功率为100W，靶距为5cm。沉积厚度约为600nm。得到Mo电极。
吸光区背面纳米线的制备：在基面上的间距可以通过半导体微结构加工方式先在基面上做成具有特定间距微结构模板，使得引导纳米线合成和生长只能占据一些特定的位置，从而控制纳米线沉积位置，可控地制备具有特定间距排列的纳米线。例如，采用模板法电化学沉积铜，银，镍等金属纳米线。上述模板为多孔氧化铝，以该模板为工作电极，金属片(铜、银、镍)为对电极，恒电位沉积法制备金属纳米线(铜、银、镍等)。沉积电位-0.4V至4V，沉积时间为10分钟至6分钟。沉积完毕后，用6mol/L的氢氧化钠溶液去除氧化铝模板，得到金属纳米线。
吸光层制备：采用共蒸法在衬底上制备CIGS层，衬底温度为200℃，载气为氩气或者氩氢混合气(其中氢气小于10％)，反应气压为0.1Pa，气体流量5sccm，工作距离为5cm。沉积厚度约为1.5μm。得到CIGS吸光层。
硒化：惰性气体气氛下，以硒金属为硒源，400℃下退火30min。
窗口层制备：采用化学水浴法制备CdS层，反应物为醋酸铵、醋酸镉、氨水以及硫脲。首先将密封容器中加入去离子水，加热至60℃，加入醋酸镉、醋酸铵、氨水，沉积厚度约为70nm。
透明缓冲层的制备：采用溅射法制备ZnO层，玻璃衬底温度为室温，载气为氩气或者氩氢混合气(其中氢气小于10％)，反应气压为0.1Pa，气体流量5sccm，功率为50W，靶距为7cm。沉积厚度约为50nm。
透明电极的制备：采用溅射法制备AZO层，玻璃衬底温度为室温，载气为氩气或者氩氢混合气(其中氢气小于10％)，反应气压为0.1Pa，气体流量5sccm，功率为100W，靶距为5cm。沉积厚度约为500nm。
透明电极区入光面纳微球的制备：采用蒸发自组装法，将实施例一的纳微球的悬浮液涂覆于透明电极区的入光面，在室温至60摄氏度之间的温度蒸发悬浮液的液体，纳微球在悬浮液的气-液相界面处进行高效组装形成致密的纳微球薄膜，沉积在透明电极区入光面上。
本例分别采用了纳微球粒径为50nm、100nm、200nm、300nm、500nm的纳微球进行涂覆，纳微球紧挨致密排列，纳微球间的间距可以为零，也可以随机分布，也可以纳微球在基面上的间距可以通过半导体微结构加工方式先在基面上做成具有特定间距微结构模板，使得纳微球只能占据一些特定的位置，从而控制纳微球沉积位置，可控地制备具有特定间距排列的纳微球薄膜。吸光区背面纳米线的直径为5nm-500nm，长度为50nm-5mm，纳米线之间的间距为10nm-100μm。
实施例十五具有低维材料复合结构的三五族太阳电池，透明电极区入光面纳微球
吸光层的制备：在n型Ge单晶衬底上，利用MOCVD生长n型GaAs，其中Ga源三甲基镓源(TMG)，温度为-16℃，10ml；掺杂源H2Se，20ml；As源AsH3，50ml；氢气为载气，生长温度600℃，厚度为0.1μm到10μm。
窗口层有源层制备：利用MOCVD生长p型GaAs。其中Ga源TMG，温度为-16℃，10ml；掺杂源DEZ，-16℃，2ml；As源AsH3，40ml；氢气为载气，生长温度600℃，沉积厚度约为0.1μm到10μm。
窗口区帽子层：利用MOCVD生长p型AlGaAs。其中Ga源TMG，温度为-16℃，10ml；Al源三甲基铝(TMA)，17℃，20ml；掺杂源DEZ，25℃，2ml；As源AsH3，50ml；氢气为载气，生长温度600℃，沉积厚度约为5nm到10μm。
透明电极的制备：采用TiAu材料作为透明电极，利用光刻技术，经过显影，在电池正面做上光刻胶图形。采用蒸镀法，在2×10-2Pa气压下，先后蒸镀40nm的Ti和50nm的Au在电池表面形成栅极电极，去除光刻胶后获得透明电极。
背电极的制备：将Au/Ge/Ni合金蒸镀到电池背电极，工作气压为2×10-2Pa，厚度依次为30nm/20nm/500nm。
透明电极区入光面纳微球的制备：在基面上的间距可以通过半导体微结构加工方式先在基面上做成具有特定间距微结构模板，使得引导纳微球合成和生长只能占据一些特定的位置，从而控制纳微球沉积位置，可控地制备具有特定间距排列的纳微球。例如，采用蒸发自组装法，将实施例一的纳微球的悬浮液涂覆于透明电极区的入光面，在室温至60摄氏度之间的温度蒸发悬浮液的液体，纳微球在悬浮液的气-液相界面处进行高效组装形成致密的纳微球薄膜，沉积在透明电极区入光面上。
本例分别采用了纳微球粒径为50nm、100nm、200nm、300nm、500nm的纳微球进行涂覆，纳微球紧挨致密排列，纳微球间的间距可以为零，也可以随机分布，也可以纳微球在基面上的间距可以通过半导体微结构加工方式先在基面上做成具有特定间距微结构模板，使得纳微球只能占据一些特定的位置，从而控制纳微球沉积位置，可控地制备具有特定间距排列的纳微球薄膜。吸光区背面纳米线的直径为5nm-500nm，长度为50nm-5mm，纳米线之间的间距为10nm-100μm。
实施例十六具有低维材料复合结构的晶体硅太阳电池
将p型硅片置于热扩散炉，氮气载气通过液态POCl3，900℃下20分钟，在p型硅表面形成n型区，n型区作为窗口区，p型区作为吸光区，窗口区表面划铝线作为电极，350℃退火30分钟。
窗口区微纳球的制备：在基面上的间距通过半导体微结构加工方式先在基面上做成具有特定间距微结构模板，使得引导纳微球合成和生长只能占据一些特定的位置，从而控制纳微球沉积位置，可控地制备具有特定间距排列的纳米线。具体的，采用蒸发自组装法，将实施例一的纳微球的悬浮液涂覆于窗口区，在室温至60摄氏度之间的温度蒸发悬浮液的液体，纳微球在悬浮液的气-液相界面处进行高效组装形成致密的纳微球薄膜，沉积在窗口区。
吸光区背面纳米线的制备：采用模板法电化学沉积铜，银，镍等金属纳米线。上述模板为多孔氧化铝，以该模板为工作电极，金属片(铜、银、镍)为对电极，恒电位沉积法制备金属纳米线(铜、银、镍等)。沉积电位-0.4V至4V，沉积时间为10分钟至6分钟。沉积完毕后，用6mol/L的氢氧化钠溶液去除氧化铝模板，得到金属纳米线。
本例分别采用了纳微球粒径为50nm、100nm、200nm、300nm、500nm的纳微球进行涂覆，纳微球紧挨致密排列，纳微球间的间距可以为零，也可以随机分布，也可以纳微球在基面上的间距可以通过半导体微结构加工方式先在基面上做成具有特定间距微结构模板，使得纳微球只能占据一些特定的位置，从而控制纳微球沉积位置，可控地制备具有特定间距排列的纳微球薄膜。吸光区背面纳米线的直径为5nm-500nm，长度为50nm-5mm，纳米线之间的间距为10nm-100μm。
实施例十七具有低维材料复合结构的薄膜硅太阳电池
透明电极区入光面纳微球的制备：采用蒸发自组装法，将实施例一的纳微球的悬浮液涂覆于玻璃的表面，在室温至60摄氏度之间的温度蒸发悬浮液的液体，纳微球在悬浮液的气-液相界面处进行高效组装形成致密的纳微球薄膜，沉积在透明电极区的入光面上。纳微球在基面上的间距通过半导体微结构加工方式先在基面上做成具有特定间距微结构模板，使得纳微球只能占据一些特定的位置，从而控制纳微球沉积位置，可控地制备具有特定间距排列的纳微球薄膜。
透明电极的制备：采用溅射法制备AZO层，玻璃衬底温度为室温，载气为氩气或者氩氢混合气(其中氢气小于10％)，反应气压为0.1Pa，气体流量5sccm，功率为100W，靶距为5cm，其中N2作为载气。沉积厚度约为500nm。
窗口层的制备：采用PECVD制备p层Si薄膜，射频功率60W，衬底温度250，工作气压130Pa；反应气体为1.5sccm流量的SiH4，和0.1％到5％的掺杂气体B2H6；载气为Ar和H2，Ar流量1到100sccm，H2流量1到100sccm。p层窗口区厚度为20nm到500nm。
本征层的制备：采用PECVD制备i层Si薄膜，射频功率60W，衬底温度250，工作气压130Pa；反应气体SiH流量为1.5sccm；载气为Ar和H2，Ar流量1到100sccm，H2流量1到100sccm。p层窗口区厚度为20nm到5μm。
吸收层的制备：采用PECVD制备n层Si薄膜，射频功率60W，衬底温度250，工作气压130Pa；反应气体SiH4流量为1.5sccm，和0.1％到5％的掺杂气体PH3；载气为Ar和H2，Ar流量1到100sccm，H2流量1到100sccm。p层窗口区厚度为20nm到500nm。
吸光区背面纳米线的制备：采用模板法电化学沉积铜，银，镍等金属纳米线。上述模板为多孔氧化铝，以该模板为工作电极，金属片(铜、银、镍)为对电极，恒电位沉积法制备金属纳米线(铜、银、镍等)。沉积电位-0.4V至4V，沉积时间为10分钟至6分钟。沉积完毕后，用6mol/L的氢氧化钠溶液去除氧化铝模板，得到金属纳米线。
本例分别采用了纳微球粒径为50nm、100nm、200nm、300nm、500nm的纳微球进行涂覆，纳微球紧挨致密排列，纳微球间的间距可以为零，也可以随机分布，也可以纳微球在基面上的间距可以通过半导体微结构加工方式先在基面上做成具有特定间距微结构模板，使得纳微球只能占据一些特定的位置，从而控制纳微球沉积位置，可控地制备具有特定间距排列的纳微球薄膜。吸光区背面纳米线的直径为5nm-500nm，长度为50nm-5mm，纳米线之间的间距为10nm-100μm。
实施例十八具有低维材料复合结构的染料敏化太阳电池
透明电极的制备：采用溅射法制备AZO层，玻璃衬底温度为室温，载气为氩气或者氩氢混合气(其中氢气小于10％)，反应气压为0.1Pa，气体流量5sccm，功率为100W，靶距为5cm，其中N2作为载气。沉积厚度约为500nm。
对电极的制备：在氩气气氛下将Pt涂在FTO导电玻璃表面。
对电极入光面纳米线的制备：采用模板法电化学沉积铜，银，镍等金属纳米线。上述模板为多孔氧化铝，以该模板为工作电极，金属片(铜、银、镍)为对电极，恒电位沉积法制备金属纳米线(铜、银、镍等)。沉积电位-0.4V至4V，沉积时间为10分钟至6分钟。沉积完毕后，用6mol/L的氢氧化钠溶液去除氧化铝模板，得到金属纳米线。
染料的制备：将30mM的碘、0.3M的碘化钾、亚胺铥盐和吡啶诱导体加入乙腈溶剂得到电解质溶液。
在光电极上滴几滴染料，用对电极封住。完成染料敏化电池。
透明电极区背面纳微球的制备：在基面上的间距通过半导体微结构加工方式先在基面上做成具有特定间距微结构模板，使得引导纳米线合成和生长只能占据一些特定的位置，从而控制纳米线沉积位置，可控地制备具有特定间距排列的纳米线。具体的，采用蒸发自组装法，将实施例一的纳微球的悬浮液涂覆于透明电极区背面，在室温至60摄氏度之间的温度蒸发悬浮液的液体，纳微球在悬浮液的气-液相界面处进行高效组装形成致密的纳微球薄膜，沉积在透明电极区上。
本例分别采用了纳微球粒径为50nm、100nm、200nm、300nm、500nm的纳微球进行涂覆，纳微球紧挨致密排列，纳微球间的间距可以为零，也可以随机分布，也可以纳微球在基面上的间距可以通过半导体微结构加工方式先在基面上做成具有特定间距微结构模板，使得纳微球只能占据一些特定的位置，从而控制纳微球沉积位置，可控地制备具有特定间距排列的纳微球薄膜。
实施例十九具有低维材料复合结构的有机高分子太阳能电池
透明电极的制备：采用溅射法制备AZO层，玻璃衬底温度为室温，载气为氩气或者氩氢混合气(其中氢气小于10％)，反应气压为0.1Pa，气体流量5sccm，功率为100W，靶距为5cm，其中N2作为载气。沉积厚度约为500nm。
窗口区的入光面纳米线的制备：在基面上的间距通过半导体微结构加工方式先在基面上做成具有特定间距微结构模板，使得引导纳米线合成和生长只能占据一些特定的位置，从而控制纳米线沉积位置，可控地制备具有特定间距排列的纳米线。具体的，采用模板法电化学沉积铜，银，镍等金属纳米线。上述模板为多孔氧化铝，以该模板为工作电极，金属片(铜、银、镍)为对电极，恒电位沉积法制备金属纳米线(铜、银、镍等)。沉积电位-0.4V至4V，沉积时间为10分钟至6分钟。沉积完毕后，用6mol/L的氢氧化钠溶液去除氧化铝模板，得到金属纳米线。纳米线的直径可以为5nm-500nm，可以长度为50nm-5mm，可以纳米线之间的间距为10nm-100μm。
窗口区的制备：利用旋涂机，将聚合物聚3，4-乙撑二氧噻吩(PEDOT:PSS，739332Sigma-Aldrich)水溶剂旋涂在透明电极上，形成窗口区。旋涂速度为1000-2000转每分钟。
高分子有机光电涂料的制备：将聚噻吩和富勒烯(巴溪仪器有限公司的P-100)按1∶1的质量配比溶入三氯甲烷有机溶剂液中，形成有机光电涂料。
有机高分子太阳能电池薄膜的制备：将高分子有机光电涂料滴在带有透明导电电极的导电玻璃上，利用旋涂剂，经过40-60秒1000-2000转每分钟旋涂成有机太阳能电池薄膜。
背电极的制备：将铝、镁、钙等金属用真空热蒸镀方法蒸镀到电池背电极，工作气压为2×10-2Pa，厚度依次为1000nm。
实施例二十具有低维材料复合结构的有机高分子太阳能电池
透明电极的制备：采用溅射法制备AZO层，玻璃衬底温度为室温，载气为氩气或者氩氢混合气(其中氢气小于10％)，反应气压为0.1Pa，气体流量5sccm，功率为100W，靶距为5cm，其中N2作为载气。沉积厚度约为500nm。
窗口区入光面纳微球的制备：在基面上的间距通过半导体微结构加工方式先在基面上做成具有特定间距微结构模板，使得引导纳微球合成和生长只能占据一些特定的位置，从而控制纳微球沉积位置，可控地制备具有特定间距排列的纳微球。具体的，采用蒸发自组装法，将实施例一的纳微球的悬浮液涂覆于透明电极区背面，在室温至60摄氏度之间的温度蒸发悬浮液的液体，纳微球在悬浮液的气-液相界面处进行高效组装形成致密的纳微球薄膜，沉积在透明电极区背面上。需要说明的是，由于透明电极区与窗口区紧邻，因此，在透明电极区背面的纳微球也可以理解为是与窗口区点接触的。
窗口区的制备：利用旋涂机，将聚合物聚3，4-乙撑二氧噻吩(PEDOT:PSS，739332Sigma-Aldrich)水溶剂旋涂在透明电极上，形成窗口区。旋涂速度为1000-2000转每分钟。
高分子有机光电涂料的制备：将聚噻吩和富勒烯(巴溪仪器有限公司的P-100)按1∶1的质量配比溶入三氯甲烷有机溶剂液中，形成有机光电涂料。
有机高分子太阳能电池薄膜的制备：将高分子有机光电涂料滴在带有透明导电电极的导电玻璃上，利用旋涂剂，经过40-60秒1000-2000转每分钟旋涂成有机太阳能电池薄膜。
背电极的制备：将铝、镁、钙等金属用真空热蒸镀方法蒸镀到电池背电极，工作气压为2×10-2Pa，厚度依次为1000nm。
本例分别采用了纳微球粒径为50nm、100nm、200nm、300nm、500nm的纳微球进行涂覆，纳微球紧挨致密排列，纳微球间的间距可以为零，也可以随机分布，也可以纳微球在基面上的间距可以通过半导体微结构加工方式先在基面上做成具有特定间距微结构模板，使得纳微球只能占据一些特定的位置，从而控制纳微球沉积位置，可控地制备具有特定间距排列的纳微球薄膜。
以上内容是结合具体的实施方式对本申请所作的进一步详细说明，不能认定本申请的具体实施只局限于这些说明。对于本申请所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本申请的保护范围。
Claims (7)
1.一种光伏器件，包括透明电极区、窗口区、吸收区，其特征在于：在所述透明电极区、窗口区、吸收区的入光面和背面共计六个面中，至少一个面具有与纳米线和/或纳微球点接触形成的低维复合界面结构；
所述纳米线的直径为5nm-500nm，所述纳米线的长度为50nm-5mm，所述纳米线之间的间距为10nm-100μm；所述纳微球的粒径为50nm-500μm，所述纳微球之间的间距为0-100μm；
所述点接触包括纳米线和/或纳微球与基面形成合金的点接触，或者纳米线和/或纳微球与基面不形成合金的点接触；
所述纳米线和/或纳微球与基面形成合金的点接触中，所述合金的直径或深度是纳米线直径的0.1-10倍，或者所述合金的直径或深度是纳微球直径的0.01-10倍。
2.根据权利要求1所述的光伏器件，其特征在于：所述吸收区的背面具有与纳米线和/或纳微球点接触形成的低维复合界面结构；
同时，所述透明电极区和窗口区的入光面和背面、所述吸收区的入光面共计五个面中，至少一个面具有纳米线和/或纳微球点接触形成的低维复合界面结构。
3.根据权利要求1或2所述的光伏器件，其特征在于：所述纳米线、纳微球的材料为金属材料、或非金属材料、或金属与非金属的复合材料；
所述金属材料选自铜、镍、锌、锡、镁、铝、锰、铬、镉、碲、铟、锑、钛、金、铂、钼、银中的一种或者几种；
所述非金属材料选自硅、锗、硒、石墨烯、纳米碳管、不定性碳、氮化硼、硫化镉、硫化锌、二氧化钛、二氧化硅、氧化锌、硫化铜、氧化钒、锂化合物及它们的合金，和聚苯乙烯，聚噻吩，富勒烯及它们的衍生物中的一种或者几种；
所述金属与非金属的复合材料为所述金属材料包裹所述非金属材料而成的复合材料，或所述非金属材料包裹所述金属材料而成的复合材料。
4.根据权利要求1或2所述的光伏器件，其特征在于：所述吸收区的材料选自二六族化合物、三五族化合物、硅材料、有机光电材料、染料敏化材料中的至少一种。
5.根据权利要求4所述的光伏器件，其特征在于：所述二六族化合物选自CdTe材料、CuInSe材料、CuInGaSe材料、CuZnSeS材料中的至少一种；
三五族化合物选自GaAs材料、InP材料、InGaP材料中的至少一种；
硅材料是单晶硅、多晶硅、硅薄膜、纳米硅晶颗粒中的一种；
有机光电材料选自酞青锌、甲基叶林、蒽、联苯、半菁类及衍生物和聚噻吩中的至少一种；
染料敏化材料包括TiO2和染色剂，所述染色剂包括无机材料或有机材料，所述无机材料包括钌染料，所述有机材料选自吲哚啉类染料、香豆素类染料、三苯胺类染料、菁类染料、方酸类染料、二烷基苯胺类染料、咔唑类染料、芴类染料、二萘嵌苯类染料、四氢喹啉类染料、卟啉类染料、酞菁类染料中的至少一种。
6.根据权利要求1或2所述的光伏器件，其特征在于：所述吸收区的维度为纳米颗粒、薄膜、块体、薄膜与薄膜叠层、薄膜与块体叠层中的一种。
7.一种含有权利要求1-6任一项所述的光伏器件的太阳能电池。
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| Title |
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| Novel Cu Nanowires/Graphene as the Back Contact for CdTe Solar Cells;Jun Liang等人;《Advanced Functional Materials》;20120119;第22卷(第6期);第1267-1270页，图3a * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN102646745A (zh) | 2012-08-22 |
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