CN109786480B - 一种纳米阵列结构太阳能电池及其制备方法 - Google Patents

一种纳米阵列结构太阳能电池及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109786480B
CN109786480B CN201910027266.8A CN201910027266A CN109786480B CN 109786480 B CN109786480 B CN 109786480B CN 201910027266 A CN201910027266 A CN 201910027266A CN 109786480 B CN109786480 B CN 109786480B
Authority
CN
China
Prior art keywords
nano
array structure
solar cell
layer
substrate
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
CN201910027266.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109786480A (zh
Inventor
彭铭曾
安运来
郑新和
卫会云
刘三姐
何荧峰
李美玲
宋祎萌
仇鹏
成佳东
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.)
University of Science and Technology Beijing USTB
Original Assignee
University of Science and Technology Beijing USTB
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 University of Science and Technology Beijing USTB filed Critical University of Science and Technology Beijing USTB
Priority to CN201910027266.8A priority Critical patent/CN109786480B/zh
Publication of CN109786480A publication Critical patent/CN109786480A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109786480B publication Critical patent/CN109786480B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

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

本发明涉及太阳能电池技术领域，具体涉及一种纳米阵列结构太阳能电池及其制备方法；所述太阳能电池包括：背电极、纳米阵列结构、附有纳米阵列结构和所述背电极的衬底、设置在所述纳米阵列结构表面的吸光层、填充在所述纳米阵列结构空隙中的填充层、上电极和设置在所述上电极一侧的抗反射涂层；所述背电极设置在所述衬底一面上，所述纳米阵列结构设置在所述衬底另一面；所述上电极设置在所述纳米阵列结构上方，所述抗反射涂层面向所述纳米阵列结构。该纳米阵列结构从阵列周期、直径、高度、纳米阵列顶部结构设计和填充物质等方面进行优化，提高太阳能电池的光电转换效率。

Description

一种纳米阵列结构太阳能电池及其制备方法
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，具体涉及一种纳米阵列结构太阳能电池及其制备方法。
背景技术
太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应把太阳能转化为电能的装置。近年来，当煤炭、石油、天然气等不可再生能源频频告急，能源问题日益成为制约国际社会经济发展的瓶颈时，越来越多的国家开始实行“阳光计划”，倡导绿色发展理念，各国积极开发太阳能资源，寻求经济发展的新动力。而目前研究最成熟的技术为硅基太阳能电池，一节未经处理的硅太阳能电池只能吸收67.4％的阳光，这意味着近三分之一的阳光被它反射了，从效率来看，这些未被收获到的阳光是被浪费了，这也是阻碍太阳能电站发展壮大的主要障碍。从当今现状来看，太阳能电池面临着两大挑战：(一)光吸收效率比较低，导致转换效率比较低。(二)成本比较高，收回成本周期较长。
纳米阵列结构太阳能电池，通过调节纳米阵列结构、尺寸、顶部结构图形设计和不同填充物质的调控达到提高太阳光吸收的目的，通过在纳米阵列表面沉积宽禁带氮化物半导体吸光材料，提高光的转换效率。
因此，目前迫切需要出现一种新的结构以提高硅基薄膜太阳能电池的吸光效率和转换效率。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种纳米阵列结构太阳能电池及其制备方法，该纳米阵列结构从阵列周期、直径、高度、纳米阵列顶部结构设计和填充物质等方面进行优化，提高太阳能电池的光电转换效率。太阳能电池吸光层为在纳米阵列表面沉积的宽禁带氮化物半导体材料，可以增强光生载流子的产生，有利于提升电池的性能。本发明通过调节纳米阵列结构、顶部结构图案和填充物质等方面提高光电转换效率，实现能源低碳、环保、绿色和清洁的理念。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种纳米阵列结构太阳能电池，所述太阳能电池包括：
一背电极；
一用于对太阳光反射和吸收的纳米阵列结构；
一作为所述背电极和所述纳米阵列结构载体的衬底；
一用于提高太阳光吸收率的吸光层；
一用于增强光散射的填充层；
一上电极；
一抗反射涂层；
所述衬底两侧分别设置所述纳米阵列结构和所述背电极；所述上电极设置在所述纳米阵列结构上方，所述抗反射涂层面设置在所述上电极面向所述纳米阵列结构一侧；所述吸光层设置在所述纳米阵列结构表面；所述填充层设置在所述纳米阵列结构的空隙中。
进一步地，所述纳米阵列结构是直接在衬底上通过干法刻蚀得到的。
进一步地，所述纳米阵列结构包括纳米阵列；在所述纳米阵列顶部设计一顶部结构；
所述顶部结构可以增加光在纳米阵列之间的多重反射，增加光的利用率，提高光在纳米阵列中的反射吸收，以提高光的利用率；若没有所述顶部结构，纳米阵列结构顶部太阳光直接会反射回去，不能很好利用。
进一步地，所述纳米阵列为硅基纳米阵列，所述硅基纳米阵列是指纳米阵列结构是在硅基衬底上加工而成。
进一步地，所述背电极为导电性良好的金属材料，优选Au、Ag或者Cu等，更优选Au。
进一步地，所述背电极的厚度为10-300nm，优选厚度100nm。
进一步地，所述衬底材料为导电性衬底，一般为硅基，优选单晶P型Si衬底。
进一步地，在所述衬底上用干法或者湿法制备纳米阵列结构。
进一步地，所述干法包括光刻法。
进一步地，所述纳米阵列结构为纳米柱的阵列结构。
进一步地，所述纳米柱的直径为10nm-10μm，优选300nm；
所述纳米柱的高度为100nm-10μm，优选1μm；
所述纳米柱的周期为100nm-10μm，优选1μm；
所述纳米阵列结构的高度、直径、周期等可调控，在所述衬底上直接制备纳米阵列，从结构上可以提高比表面积(表面积/体积)，光生载流子随径向传输，减小传输路径，最终减少载流子的损失。
进一步地，所述纳米柱的周期指的是：两个相邻纳米柱之间的距离(即纳米阵列结构的空隙长度)。
进一步地，所述纳米柱的结构顶部顶部结构图形设计可以调节控制，包含所述顶部结构的所述纳米柱的结构为圆柱和/或棱柱，优选圆柱。
进一步地，令a为所述顶部结构的上表面周长，b为所述纳米柱的周长，根据设定的0≤a/b≤1比值，所述顶部结构的结构从圆柱到圆台再到圆锥可调或从菱形到金字塔形可调。
进一步地，a/b＝0为最佳比值，但根据太阳入射角度的不同，最佳比值会有变化。
进一步地，所述吸光层为宽禁带氮化物半导体。
进一步地，所述宽禁带氮化物半导体包括氮化铟(0.70eV)，氮化镓(3.42eV)、氮化铝(6.20eV)、铟镓氮(InxGa1-xN)、铟铝氮(InxAl1-xN)、铝镓氮(AlxGa1-xN)和铝镓铟氮(AlxGayIn1-x-yN)；0.7eV表示光波波长在1800nm左右，6.2eV表示光波波长在200nm左右；所述铟镓氮(InxGa1-xN)、铟铝氮(InxAl1-xN)、铝镓氮(AlxGa1-xN)和铝镓铟氮(AlxGayIn1-x-yN)。
进一步地，所述吸光层的厚度为10nm-600nm，优选200nm。
进一步地，所述填充层中填充增强纳米散射的物质；所述增强纳米散射的物质包括金属等离子纳米颗粒、SiO2纳米颗粒。
进一步地，所述SiO2纳米颗粒为SiO2纳米球，直径在10nm-100nm，优选50nm。
进一步地，所述抗反射涂层材料为透明导电材料，可以减少光的反射和增强光的透射，优选ZnO，所述抗反射涂层的厚度为5nm-150nm，优选10nm。
进一步地，所述上电极为透明电极，透明电极可以使太阳光透过电极折射在所述纳米阵列结构上；材料优选ITO，其可使太阳光透过率在90％以上，导电性好。
进一步地，所述上电极的厚度为10nm～500nm，优选100nm。
进一步，所述纳米阵列结构采用所述光刻法制备，所述背电极和上电极采用电子束蒸发或者磁控溅射等蒸镀方法生长。
进一步地，所述吸光层可以采用化学气相沉积、磁控溅射、脉冲激光沉积、分子束外延、化学气相沉积、原子层沉积、溶胶凝胶和电子束蒸发等方法，优选原子层沉积技术，当采用原子层沉积方法沉积氮化铟时，采用三甲基铟和N2等离子体为前驱体，沉积温度采用100℃-300℃；采用原子层沉积方法沉积氮化镓时，采用三乙基镓和N2等离子体为前驱体，沉积温度采用100℃-350℃；采用原子层沉积方法沉积氮化铝时，采用三甲基铝和N2等离子体为前驱体，沉积温度采用100℃-350℃；
所述吸光层沉积在所述纳米阵列结构表面时，由于所述纳米阵列结构的纵深比较大，采用原子层沉积技术能够均匀的包覆在所述纳米结构表面，包覆率为97％以上；通过所述原子层沉积技术，氮化铟、氮化镓和氮化铝均已经能够生长出来多晶结构，且覆盖的光谱范围为紫外到近红外。
本发明还提出一种纳米阵列结构太阳能电池的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
步骤1，清洗衬底并吹干：将所述衬底依次采用丙酮、无水乙醇和去离子水于室温下超声，再用氮气吹干；
步骤2，溅射背电极：将步骤1中清洗后的所述衬底放入磁控溅射室中，在所述衬底一面溅射一层所述金属材料，该层金属材料即为所述背电极；
步骤3，制备纳米阵列结构：将经步骤2中溅射后的所述衬底的另一面进行光刻处理，得到所述纳米阵列结构；
所述光刻处理步骤如下：
步骤3.1，衬底前处理：为确保光刻胶能和晶圆表面很好粘贴，形成平滑且结合得很好的膜，必须进行衬底表面清洗和干燥，使表面保持干燥且干净；
步骤3.2，涂光刻胶：涂胶的目标是在晶圆表面建立薄的、均匀的，并且没有缺陷的光刻胶膜；
步骤3.3，前烘：前烘的目的是去除胶层内的溶剂，提高光刻胶与衬底的粘附力及胶膜的机械擦伤能力；
步骤3.4，对准和曝光：保证器件和电路正常工作的决定性因素是图形的准确对准，以及光刻胶上精确的图形尺寸的形成；在涂好光刻胶后，首先把所需图形在晶圆表面上准确定位或对准；然后通过曝光将图形转移到光刻胶涂层上；
步骤3.5，显影：显影是指把掩膜版图案复制到光刻胶上；
步骤3.6，后烘：经显影以后的胶膜发生了软化、膨胀，胶膜与硅片表面粘附力下降；
为了保证下一道刻蚀工序能顺利进行，使光刻胶和晶圆表面更好地粘结，必须继续蒸发溶剂以固化光刻胶；
步骤3.7，刻蚀：刻蚀是通过光刻胶暴露区域来去掉晶圆最表层的工艺，主要目标是将光刻掩膜版上的图案精确地转移到晶圆表面；
步骤3.8，去除光刻胶：刻蚀之后，图案成为晶圆最表层永久的一部分；从表面去掉作为刻蚀阻挡层的光刻胶层；最终得到所述纳米阵列结构；
步骤4，设计所述纳米阵列结构的纳米柱顶部顶部结构：对所述纳米阵列结构进行第二次光刻处理，得到所述顶部结构；
步骤5，清洗所述纳米阵列结构：将步骤4中制备好的纳米阵列结构依次放入丙酮、无水乙醇和去离子水中清洗，再置于HF溶液中清洗，最后放在去离子水中清洗；
所述纳米阵列结构在丙酮、无水乙醇和在两次去离子水中清洗的时间各为5分钟以上；
所述HF溶液的体积分数为10％；所述纳米阵列结构在其中清洗时间为3分钟以上；
步骤6，沉积吸光层：在真空和恒温T的条件下，在步骤5中清洗好的所述纳米阵列结构表面沉积，得到所述吸光层；
具体内容为：将步骤5中清洗好的所述纳米阵列结构放入PEALD(等离子体增强原子沉积)***的反应室内并抽真空，随后升温至温度T并保持温度稳定；
InN的沉积分别采用高纯N2、H2和Ar(N2:H2:Ar＝3:6:1)的混合等离子体和三甲基铟(TMI)作为前驱体，高纯Ar作为吹扫气体；
InN吸光层的制备需要循环2500个周期(cycle)，厚度约为200nm；
上述一个周期(cycle)指的是沉积一次InN，沉积一次InN需要依次完成：通入等离子体反应60s以上，然后用高纯Ar吹扫30s以上，随后通入所述三甲基铟(TMI)0.02s并反应25s后吹扫30s；
抽真空时，需要抽真空至0.15Torr左右再升温；
所述温度T为200℃，保持所述温度T在30min以上，再进行下一步制备；
步骤7，填充填充层：在所处填充层中填充SiO2纳米球，所述SiO2纳米球的直径为50nm，得到具有背电极、衬底、纳米阵列结构和吸光层的半成型结构；
步骤8，封装：将一面附有抗反射涂层的上电极与步骤7得到的所述半成型结构进行封装，得到所述太阳能电池；
所述抗反射涂层是采用化学气相沉积法在所述上电极的一面上沉积透明导电材料，得到所述抗反射涂层。
进一步地，所述太阳能电池的工作原理是：当太阳光照射到太阳能电池上电极的上表面时，透过ITO和抗反射层以后，会在纳米阵列结构之间发生反射和吸收，光吸收层捕获阳光以后，P-N结中电子空穴对获得光子以后，电子向N区移动，空穴向P区移动，便产生了光生电流。
本发明具有如下有益技术效果：
(1)该纳米阵列结构从阵列周期、直径、高度、纳米阵列顶部结构设计和填充物质等方面进行优化，提高太阳能电池的光电转换效率。
(2)太阳能电池吸光层为在纳米阵列表面沉积的宽禁带氮化物半导体材料，可以增强光生载流子的产生，有利于提升电池的性能。
(3)本发明可以通过调节纳米阵列结构的高度、直径和周期，和/或调节顶部结构，和/或调节填充层的填充物质等方面以提高光电转换效率，实现能源低碳、环保、绿色和清洁的要求。
附图说明
图1为本发明实施例中一种纳米阵列结构太阳能电池的结构示意图；
图2为本发明实施例中一种纳米阵列结构俯视示意图图；
图3为本发明实施例中一种纳米结构顶部形设计的顶部结构的结构示意图。
附图标记说明：10为背电极；20为纳米阵列结构，21为顶部结构；30为吸光层；40为填充层；50为抗反射涂层；60为上电极。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例及说明书附图，对本发明进行进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。
实施例1
本实施例提供一种纳米阵列结构太阳能电池，如图1所示，所述太阳能电池包括
一背电极10；
一用于对太阳光反射和吸收的纳米阵列结构20；
一附有纳米阵列结构20和所述背电极10的衬底，所述纳米阵列结构20通过干法或者湿法在所述衬底上刻蚀得到；
一用于提高太阳光吸收率的吸光层30，吸光材料为宽禁带氮化物半导体材料；
一用于增强光散射的填充层40；
一上电极60；
一设置在所述上电极一侧的抗反射涂层50；
所述衬底两侧分别设置所述纳米阵列结构20和所述背电极10；所述上电极60设置在所述纳米阵列结构20上方，所述抗反射涂层50设置在所述上电极60面向所述纳米阵列结构20一侧；所述吸光层30设置在所述纳米阵列结构20表面；所述填充层40设置在所述纳米阵列结构20的空隙中。
所述纳米阵列结构20包括纳米阵列；在所述纳米阵列顶部设计一顶部结构；
所述顶部结构可以增加光在纳米阵列之间的反射，增加光的利用率，提高光的吸收；若没有所述顶部结构，纳米阵列结构顶部太阳光直接会反射回去，不能很好利用。
所述背电极10为导电性良好的金属材料，优选Au、Ag或者Cu等，更优选Au。
所述背电极10的厚度为10-300nm，优选厚度100nm。
所述衬底材料为导电性衬底，优选单晶P型Si衬底。
在所述衬底上用干法或者湿法制备所述纳米阵列结构20。
所述纳米阵列结构为纳米柱的阵列结构。
所述纳米柱的直径范围是10nm-10μm，优选为300nm。
所述纳米柱的高度范围是100nm-10μm，优选为1μm。
所述纳米柱的周期范围是100nm-10μm，优选为1μm。
包含所述顶部结构的所述纳米柱的结构为圆柱和/或棱柱。
根据设定的0≤a/b≤1比值，所述顶部结构的结构从纳米柱到圆台再到圆锥可调控(纳米柱)或从菱形到金字塔形可调控，其中a为所述顶部结构的上表面周长，b为所述纳米柱底面直径。
所述吸光层为宽禁带氮化物半导体。
所述宽禁带氮化物半导体材料包括氮化铟(0.70eV)，氮化镓(3.42eV)、氮化铝(6.20eV)、铟镓氮(InxGa1-xN)、铟铝氮(InxAl1-xN)、铝镓氮(AlxGa1-xN)和铝镓铟氮(AlxGayIn1-x-yN)。
所述吸光层的厚度为10nm-600nm，优选200nm。
所述填充层中填充SiO2纳米球，直径为50nm。
所述抗反射涂层为透明导电材料，可以减少光的反射和增强光的透射，优选ZnO，所述抗反射涂层的厚度为5nm-150nm，优选10nm。
所述上电极材料为透明电极，优选ITO，厚度在100nm。
本实施例还提供一种上述纳米阵列结构太阳能电池的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
步骤1，清洗衬底：将所述衬底依次采用丙酮、无水乙醇和去离子水于室温下超声5分钟，再用氮气吹干；所述衬底采用双抛p型Si衬底；
步骤2，溅射背电极10：将步骤1中清洗后的所述双抛p型Si衬底放入磁控溅射室中，在双抛p型Si衬底一面溅射一层100nm金属Au，这层金属Au即为所述背电极10；
步骤3，制备纳米阵列结构20：将步骤2得到的镀有背电极10的双抛p型Si衬底另一面进行光刻处理，得到所述纳米阵列结构20；
所述光刻处理步骤如下：
步骤3.1，基片前处理：为确保光刻胶能和晶圆表面很好粘贴，形成平滑且结合得很好的膜，必须进行表面准备，保持表面干燥且干净；
步骤3.2，涂光刻胶：涂胶的目标是在晶圆表面建立薄的、均匀的，并且没有缺陷的光刻胶膜；
步骤3.3，前烘：前烘的目的是去除胶层内的溶剂，提高光刻胶与衬底的粘附力及胶膜的机械擦伤能力；
步骤3.4，对准和曝光：保证器件和电路正常工作的决定性因素是图形的准确对准，以及光刻胶上精确的图形尺寸的形成；在涂好光刻胶后，首先把所需图形在晶圆表面上准确定位或对准；然后通过曝光将图形转移到光刻胶涂层上；
步骤3.5，显影：显影是指把掩膜版图案复制到光刻胶上；
步骤3.6，后烘：经显影以后的胶膜发生了软化、膨胀，胶膜与硅片表面粘附力下降；
为了保证下一道刻蚀工序能顺利进行，使光刻胶和晶圆表面更好地粘结，必须继续蒸发溶剂以固化光刻胶；
步骤3.7，刻蚀：刻蚀是通过光刻胶暴露区域来去掉晶圆最表层的工艺，主要目标是将光刻掩膜版上的图案精确地转移到晶圆表面；
步骤3.8，去除光刻胶；刻蚀之后，图案成为晶圆最表层永久的一部分；从表面去掉作为刻蚀阻挡层的光刻胶层；最终得到所述纳米阵列结构20。
本实施例通过上述光刻法制备得到的所述纳米柱的结构为圆柱，该圆柱的直径300nm，高度5μm，周期1μm。
步骤4，设计纳米柱顶部结构：对所述纳米柱进行第二次光刻，当所述纳米柱的直径b＝300nm(即上述圆柱的直径)，光刻要求a/b＝0时，第二次光刻得到的所述顶部结构的结构为圆锥形，高度为60nm。
步骤5，清洗所述纳米阵列结构20：将步骤4中制备好的所述纳米阵列结构20依次放入丙酮、无水乙醇和去离子水中清洗5分钟，然后再置于10％的HF溶液中清洗3分钟，最后放在去离子水中清洗5分钟。
步骤6，沉积吸光层：将步骤5中清洗好的所述纳米阵列结构放入PEALD(等离子体增强原子沉积)***反应室内并抽真空至～0.15Torr，随后升温至200℃并保持30min使温度稳定；
InN吸光层的制备需要循环2500个周期(cycle)，厚度约为200nm；
上述一个周期(cycle)指的是沉积一次InN，沉积一次InN需要依次完成：通入等离子体反应60s以上，然后用高纯Ar吹扫30s以上，随后通入所述三甲基铟(TMI)0.02s并反应25s后吹扫30s；
步骤7，填充填充层：在所处填充层中填充SiO2纳米球，所述SiO2纳米球的直径为50nm，得到具有背电极、衬底、纳米阵列结构和吸光层的半成型结构；
步骤8，封装：将一面附有抗反射涂层的上电极与步骤7得到的所述半成型结构进行封装，得到所述太阳能电池；所述上电极采用透明电极ITO，厚度100nm；
所述抗反射涂层是采用化学气相沉积法在所述上电极的一面上沉积10nm的ZnO，得到所述抗反射涂层。
当太阳光照射到太阳能电池上电极的上表面时，透过ITO和抗反射层以后，会在纳米阵列结构之间发生反射和吸收，光吸收层捕获阳光以后，P-N结中电子空穴对获得光子以后，电子向N区移动，空穴向P区移动，便产生了光生电流。
实施例2
本实施例涉及的一种纳米阵列结构太阳能电池及其制备方法与实施例1基本相同，唯不同的是：
制备得到的纳米柱结构为圆柱，该圆柱的直径为500nm，高度为5μm，周期为1.5μm。
实施例3
本实施例涉及的一种纳米阵列结构太阳能电池及其制备方法与实施例1基本相同，唯不同的是：
制备得到的纳米柱结构为圆柱，该圆柱的直径为300nm，高度为1μm，周期为1μm。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种纳米阵列结构太阳能电池，其特征在于，所述太阳能电池包括：
一背电极；
一用于对太阳光反射和吸收的纳米阵列结构；
一作为所述背电极和所述纳米阵列结构载体的衬底；
一用于提高太阳光吸收率的吸光层；
一用于增强光散射的填充层；
一上电极；
一抗反射涂层；
所述衬底两侧分别设置所述纳米阵列结构和所述背电极；所述上电极设置在所述纳米阵列结构上方，所述抗反射涂层面设置在所述上电极面向所述纳米阵列结构一侧；所述吸光层设置在所述纳米阵列结构表面；所述填充层设置在所述纳米阵列结构的空隙中；
所述纳米阵列结构是直接在衬底上通过干法刻蚀得到的；
所述纳米阵列结构为纳米柱的阵列结构；在所述纳米阵列顶部设计一顶部结构；
令a为所述顶部结构的上表面周长，b为所述纳米柱的周长，0≤a/b≤1；
所述纳米柱的直径为10nm-10μm；
所述纳米柱的高度为100nm-10μm；
所述纳米柱的周期为100nm-10μm；
所述吸光层为宽禁带氮化物半导体。
2.根据权利要求1所述的一种纳米阵列结构太阳能电池，其特征在于，所述背电极材料为金属材料。
3.根据权利要求1所述的一种纳米阵列结构太阳能电池，其特征在于，所述抗反射涂层材料为透明导电材料，厚度为5nm-150nm。
4.根据权利要求1所述的一种纳米阵列结构太阳能电池，其特征在于，所述纳米柱的结构为圆柱和/或棱柱。
5.一种如权利要求1～4任一项所述的纳米阵列结构太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述制备方法具体包括如下步骤：
步骤1，清洗衬底并吹干；
步骤2，溅射背电极：在所述衬底一面溅射一层金属材料，该层金属材料即为所述背电极；
步骤3，制备纳米阵列结构：将经步骤2中溅射后的所述衬底的另一面进行光刻处理，得到所述纳米阵列结构；
步骤4，设计所述纳米阵列结构的纳米柱顶部结构：对所述纳米阵列结构进行第二次光刻处理，得到所述顶部结构；
步骤5，清洗所述纳米阵列结构；
步骤6，沉积吸光层：在真空和恒温的条件下，在步骤5中清洗好的所述纳米阵列结构表面沉积，得到所述吸光层；
步骤7，填充填充层：在所处填充层中填充增强纳米散射的物质，得到具有背电极、衬底、纳米阵列结构和吸光层的半成型结构；
步骤8，封装：将一面附有抗反射涂层的上电极与步骤7得到的所述半成型结构进行封装，得到所述太阳能电池。
CN201910027266.8A 2019-01-11 2019-01-11 一种纳米阵列结构太阳能电池及其制备方法 Active CN109786480B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910027266.8A CN109786480B (zh) 2019-01-11 2019-01-11 一种纳米阵列结构太阳能电池及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910027266.8A CN109786480B (zh) 2019-01-11 2019-01-11 一种纳米阵列结构太阳能电池及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109786480A CN109786480A (zh) 2019-05-21
CN109786480B true CN109786480B (zh) 2020-05-12

Family

ID=66499463

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910027266.8A Active CN109786480B (zh) 2019-01-11 2019-01-11 一种纳米阵列结构太阳能电池及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109786480B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112017867B (zh) * 2020-08-26 2021-11-09 北京科技大学 一种具有光谱分辨能力的电信号输出元件及方法
CN113394343B (zh) * 2021-01-07 2022-08-05 湖州师范学院 一种背入射p-i-n结构钙钛矿太阳电池及其制备方法
CN113280840A (zh) * 2021-05-13 2021-08-20 桂林电子科技大学 基于金纳米四棱锥结构偏振相关的等离子光学传感器

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04296060A (ja) * 1991-03-26 1992-10-20 Hitachi Ltd 太陽電池
CN1855552A (zh) * 2005-03-16 2006-11-01 通用电气公司 高效的无机纳米杆增强的光电装置
CN102130186A (zh) * 2011-01-15 2011-07-20 郑州大学 基于iii-v族化合物半导体/硅纳米孔柱阵列的太阳能电池及其制备方法
CN102227002A (zh) * 2011-05-31 2011-10-26 上海交通大学 多晶硅纳米线太阳能电池及其制备方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04296060A (ja) * 1991-03-26 1992-10-20 Hitachi Ltd 太陽電池
CN1855552A (zh) * 2005-03-16 2006-11-01 通用电气公司 高效的无机纳米杆增强的光电装置
CN102130186A (zh) * 2011-01-15 2011-07-20 郑州大学 基于iii-v族化合物半导体/硅纳米孔柱阵列的太阳能电池及其制备方法
CN102227002A (zh) * 2011-05-31 2011-10-26 上海交通大学 多晶硅纳米线太阳能电池及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN109786480A (zh) 2019-05-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Wang et al. Realizing high-efficiency omnidirectional n-type Si solar cells via the hierarchical architecture concept with radial junctions
Kuang et al. Elongated nanostructures for radial junction solar cells
CN109786480B (zh) 一种纳米阵列结构太阳能电池及其制备方法
CN102263144B (zh) 基于仿生蛾眼半导体异质结太阳能电池及其制造方法
Gwamuri et al. Advances in Plasmonic Light Trapping in Thin‐Film Solar Photovoltaic Devices
JP2918345B2 (ja) 光起電力素子
KR101326140B1 (ko) 기판에 텍스처가 형성된 2중 텍스처 구조의 칼코게나이드계 태양전지의 제조방법 및 이에 따라 제조된 칼코게나이드계 태양전지
CN104124286A (zh) 一种利用自生长贵金属等离基元纳米结构及其提高GaInP基太阳能电池光吸收的应用
KR101190197B1 (ko) 무반사 나노구조가 집적된 기판을 이용한 고효율 태양전지 및 그 제조방법
KR20110092023A (ko) 태양전지 및 이의 제조방법
CN102176490A (zh) 锑辅助生长的砷化铟/砷化镓量子点太阳电池的制作方法
KR20120060185A (ko) 무반사 나노구조가 집적된 기판을 이용한 고효율 태양전지 및 그 제조방법
CN102157594B (zh) 一种超晶格量子阱太阳电池及其制备方法
KR101076355B1 (ko) 태양 전지 및 그 제조 방법
CN107134499B (zh) 复合曲面陷光结构及其制备方法
CN209963065U (zh) 一种具有图案化pdms结构的太阳能电池
CN110416336B (zh) 新型纳米结构薄膜太阳能电池及其制备方法
CN110265493B (zh) 一种具有图案化pdms结构的太阳能电池及其制备方法
CN102185037A (zh) 能提高光电转换效率的硅纳米柱太阳能电池及其制造方法
KR101326139B1 (ko) 후면전극 표면에 텍스처가 형성된 2중 텍스처 구조의 칼코게나이드계 태양전지의 제조방법 및 이에 따라 제조된 칼코게나이드계 태양전지
KR101334055B1 (ko) 텍스처층을 포함하는 2중 텍스처 구조의 칼코게나이드계 태양전지의 제조방법 및 이에 따라 제조된 칼코게나이드계 태양전지
Sun Recent progress in anti-reflection layer fabrication for solar cells
Kasar et al. Surface engineering of solar cells to improve efficiency
CN102683491A (zh) 制备砷化铟/砷化镓量子点太阳电池的方法
KR101628957B1 (ko) 패터닝된 그리드전극과 이를 적용한 박막 태양전지 및 이들의 제조방법

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant