CN112786715B - 太阳能电池 - Google Patents

太阳能电池 Download PDF

Info

Publication number
CN112786715B
CN112786715B CN201911090236.8A CN201911090236A CN112786715B CN 112786715 B CN112786715 B CN 112786715B CN 201911090236 A CN201911090236 A CN 201911090236A CN 112786715 B CN112786715 B CN 112786715B
Authority
CN
China
Prior art keywords
carbon nanotube
solar cell
nano tube
semiconductor structure
electrode
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
CN201911090236.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112786715A (zh
Inventor
张金
魏洋
范守善
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.)
Tsinghua University
Hongfujin Precision Industry Shenzhen Co Ltd
Original Assignee
Tsinghua University
Hongfujin Precision Industry Shenzhen 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 Tsinghua University, Hongfujin Precision Industry Shenzhen Co Ltd filed Critical Tsinghua University
Priority to CN201911090236.8A priority Critical patent/CN112786715B/zh
Priority to TW108142363A priority patent/TWI775012B/zh
Priority to JP2020033012A priority patent/JP7311442B2/ja
Priority to US16/903,167 priority patent/US11482673B2/en
Publication of CN112786715A publication Critical patent/CN112786715A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112786715B publication Critical patent/CN112786715B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/0224—Electrodes
    • H01L31/022408—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
    • H01L31/022425—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for solar cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/0224—Electrodes
    • H01L31/022466—Electrodes made of transparent conductive layers, e.g. TCO, ITO layers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/0224—Electrodes
    • H01L31/022408—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
    • H01L31/022425—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for solar cells
    • H01L31/022441—Electrode arrangements specially adapted for back-contact solar cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
    • H01L31/0256—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by the material
    • H01L31/0264—Inorganic materials
    • H01L31/032—Inorganic materials including, apart from doping materials or other impurities, only compounds not provided for in groups H01L31/0272 - H01L31/0312
    • H01L31/0324—Inorganic materials including, apart from doping materials or other impurities, only compounds not provided for in groups H01L31/0272 - H01L31/0312 comprising only AIVBVI or AIIBIVCVI chalcogenide compounds, e.g. Pb Sn Te
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/06—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by at least one potential-jump barrier or surface barrier
    • H01L31/072—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by at least one potential-jump barrier or surface barrier the potential barriers being only of the PN heterojunction type
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
    • H10K30/451—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation comprising a metal-semiconductor-metal [m-s-m] structure
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
    • H10K30/80—Constructional details
    • H10K30/81—Electrodes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
    • H10K30/50—Photovoltaic [PV] devices
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
    • H10K85/20—Carbon compounds, e.g. carbon nanotubes or fullerenes
    • H10K85/221—Carbon nanotubes
    • 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
    • Y02E10/549—Organic PV cells

Abstract

一种太阳能电池，包括一半导体结构、一背电极以及一上电极，该半导体结构包括一n型半导体层和一p型半导体层，且该n型半导体层和p型半导体层层叠设置，该半导体结构定义一第一表面以及与该第一表面相对设置的第二表面，该背电极设置在半导体结构的第一表面，该上电极设置在半导体结构的第二表面，该背电极为一单根的第一碳纳米管，该上电极为一单根的第二碳纳米管，且该第一碳纳米管的延伸方向与第二碳纳米管的延伸方向交叉设置，在该第一碳纳米管以及第二碳纳米管的交叉点处，在垂直于所述半导体结构的方向上，所述第一碳纳米管、半导体结构以及第二碳纳米管的重叠区域形成一多层结构。

Description

太阳能电池
技术领域
本发明涉及一种太阳能电池。
背景技术
太阳能电池是利用半导体材料的光生伏特原理制成的。根据半导体光电转换材料种类不同，太阳能电池可以分为硅基太阳能电池、砷化镓太阳能电池以及有机薄膜太阳能电池等。目前，太阳能电池以硅基太阳能电池为主。
然而，现有的太阳能电池的上电极以及背电极的材料多为金属、导电聚合物或铟锡氧化物，上述几种材料对光的吸收或反射比较严重，进而使得太阳能电池的光电转换效率受限。
发明内容
本发明提供了一种纳米尺寸的太阳能电池，而且该太阳能电池具有较高的光电转换效率。
一种太阳能电池，包括：
一半导体结构、该半导体结构包括一n型半导体层和一p型半导体层，且该n型半导体层和p型半导体层层叠设置，该半导体结构定义一第一表面以及与该第一表面相对设置的第二表面；
一背电极，该背电极设置在半导体结构的第一表面；
一上电极，该上电极设置在半导体结构的第二表面；
该背电极为一单根的第一碳纳米管，该上电极为一单根的第二碳纳米管，且该第一碳纳米管的延伸方向与第二碳纳米管的延伸方向交叉设置，在该第一碳纳米管以及第二碳纳米管的交叉点处，在垂直于所述半导体结构的方向上，所述第一碳纳米管、半导体结构以及第二碳纳米管的重叠区域形成一多层结构。
相较于现有技术，本发明提供的太阳能电池通过交叉设置的两个单根的碳纳米管夹持二维半导体结构形成，由于两个单根碳纳米管的直径为纳米级，二维半导体结构的厚度为为纳米级，在两个单根碳纳米管的交叉点处，该两个交叉的单根碳纳米管和半导体结构的重叠区域处可以形成一纳米尺寸的p-n结，进而使得太阳能电池的尺寸可以缩小到纳米级，这将使得太阳能电池的应用领域更加广泛。另外，本发明中的太阳能电池的两个电极均为单根的碳纳米管，由于碳纳米管对光的吸收或反射可以忽略不计，碳纳米管的透光度较好。因此，本发明中的太阳能电池相对于采用一般传统电极的太阳能电池的光电转换效率高。
附图说明
图1为本发明第一实施例提供的太阳能电池的整体结构示意图。
图2为本发明第一实施例提供的太阳能电池的侧视示意图。
图3为本发明第二实施例提供的太阳能电池的整体结构示意图。
图4为本发明第二实施例提供的太阳能电池的侧视示意图。
主要元件符号说明
太阳能电池 100；200
背电极 102
半导体结构 104
p型半导体结构 1044
n型半导体结构 1042
上电极 106
多层结构 108
第一电极 202
第二电极 204
太阳能电池单元 206
栅极 208
绝缘层 210
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
以下将结合附图及具体实施例对本发明的太阳能电池作进一步的详细说明。
请参阅图1，本发明第一实施例提供一种太阳能电池100。该太阳能电池100包括一背电极102、一半导体结构104及一上电极106。所述半导体结构104定义一第一表面(图未标)及一第二表面(图未标)，第一表面和第二表面相对设置。所述背电极102设置于半导体结构104的第一表面，并与该第一表面直接接触。所述上电极106设置于所述半导体结构104的第二表面，并与该第二表面直接接触。所述半导体结构104夹持在所述背电极102和上电极106之间。该背电极102为一单根的第一碳纳米管，该上电极106为一单根的第二碳纳米管。所述第一碳纳米管的延伸方向与第二碳纳米管的延伸方向交叉设置。所述半导体结构104包括一n型半导体结构1042和一p型半导体结构1044，该n型半导体结构1042和p型半导体结构1044层叠设置形成所述半导体结构104。
所述背电极102为一单根的第一碳纳米管，即所述半导体结构104的第一表面仅包括一根第一碳纳米管。该第一碳纳米管为金属型碳纳米管。该第一碳纳米管可以为单壁碳纳米管、双壁碳纳米管或多壁碳纳米管。第一碳纳米管的直径不限，可以为0.5纳米～100纳米，在某些实施例中，第一碳纳米管的直径为0.5纳米～10纳米。优选地，第一碳纳米管为单壁碳纳米管，其直径为0.5纳米～2纳米。本实施例中，所述第一碳纳米管的直径为1纳米。本实施例中，所述第一碳纳米管为一内壳碳纳米管，该内壳碳纳米管是指双壁碳纳米管或多壁碳纳米管的最内层碳纳米管。所述内壳碳纳米管可以从一超长双壁碳纳米管或超长多壁碳纳米管中拉取得到，该超长双壁碳纳米管或超长多壁碳纳米管是指双壁碳纳米管或多壁碳纳米管的长度在150微米以上。优选的，超长双壁碳纳米管或超长多壁碳纳米管的长度为150微米-300微米。具体的，在超长双壁碳纳米管或超长多壁碳纳米管的两端拉伸该超长双壁碳纳米管或超长多壁碳纳米管，使超长双壁碳纳米管或超长多壁碳纳米管的外壁在中间部位断裂，使该超长双壁碳纳米管或超长多壁碳纳米管的中间部分仅剩下最内层的碳纳米管，进而得到一段最内层的碳纳米管，即内壳碳纳米管，外壁是指除了最内层的碳纳米管壁之外的碳纳米管壁。该内壳碳纳米管具有干净的表面，表面没有杂质，因此所述第一碳纳米管作为背电极102能够与所述半导体结构104很好的接触。当然，所述第一碳纳米管并不限定为本实施例中的内壳碳纳米管，也可以为其它的单壁碳纳米管、双壁碳纳米管或多壁碳纳米管。
所述上电极106为一单根的第二碳纳米管，即所述半导体结构104的第二表面仅包括一根第二碳纳米管。该第二碳纳米管为金属型碳纳米管。该第二碳纳米管可以为单壁碳纳米管、双壁碳纳米管或多壁碳纳米管。第二碳纳米管的直径不限，可以为0.5纳米～100纳米，在某些实施例中，第二碳纳米管的直径为0.5纳米～10纳米。优选地，第二碳纳米管为单壁碳纳米管，其直径为0.5纳米～2纳米。本实施例中，所述第二碳纳米管的直径为1纳米。本实施例中，所述第二碳纳米管与第一碳纳米管相同，也为一内壳碳纳米管。该内壳碳纳米管具有干净的表面，表面没有杂质，因此所述第二碳纳米管作为上电极106能够与所述半导体结构104很好的接触。当然，所述第二碳纳米管并不限定为本实施例中的内壳碳纳米管，也可以为其它的单壁碳纳米管、双壁碳纳米管或多壁碳纳米管。
所述第一碳纳米管的延伸方向与第二碳纳米管的延伸方向交叉设置是指第一碳纳米管的延伸方向与第二碳纳米管的延伸方向之间形成一夹角，该夹角大于0度小于等于90度。本实施例中，所述第一碳纳米管的延伸方向和第二碳纳米管的延伸方向相互垂直，即夹角为90度。
所述半导体结构104中的n型半导体结构1042和p型半导体结构1044层叠设置，并在垂直于该半导体结构104的方向上形成一p-n结。所述n型半导体层1042和p型半导体层1044均为二维材料，该n型半导体层1042和p型半导体层1044层叠设置形成所述半导体层104。所述二维材料是指电子仅可在两个维度的纳米尺度(1-100nm)上***(平面运动)的材料，如纳米薄膜、超晶格、量子阱等。所述半导体结构104为一厚度为纳米尺寸的二维层状结构。优选的，所述半导体结构104的厚度为1纳米～200纳米。所述n型半导体结构1042的厚度优选为0.5纳米到100纳米。所述p型半导体结构1044的厚度优选为0.5纳米到100纳米。更优选的，所述n型半导体结构1042的厚度为0.5纳米到50纳米。所述p型半导体结构1044的厚度为0.5纳米到50纳米。
本实施例中，所述n型半导体结构1042与所述上电极106直接接触，所述p型半导体结构1044与所述背电极102直接接触。可以理解，在其它一些实施例中，也可以所述n型半导体结构1042与所述背电极102直接接触，所述p型半导体结构1044与所述上电极106直接接触。所述p型半导体结构1044或n型半导体结构1042的材料不限，可以为无机化合物半导体、元素半导体、有机半导体材料或这些材料掺杂后的材料。本实施例中，所述n型半导体结构1042的材料为硫化钼(MoS2)，其厚度为16纳米；所述p型半导体结构1044的材料为硒化钨(WSe2)，其厚度为14纳米。在另外一实施例中，所述n型半导体结构1042的材料为硫化钼(MoS2)，其厚度为7.6纳米；所述p型半导体结构1044的材料为硒化钨(WSe2)，其厚度为76纳米。
请参阅图2，在所述第一碳纳米管以及第二碳纳米管的交叉点处，在垂直于所述半导体结构104的方向上，所述第一碳纳米管、半导体结构104、以及第二碳纳米管的重叠区域形成一多层结构108。该多层结构108定义一横向截面以及一纵向截面，所述横向截面即平行于半导体结构104表面方向的截面，所述纵向截面即垂直于半导体结构104的表面的方向的截面。由于第一碳纳米管以及第二碳纳米管相对于半导体结构104的尺寸较小，所述横向截面的面积由第一碳纳米管或第二碳纳米管的直径决定，所述纵向截面的面积由第一碳纳米管或第二碳纳米管的直径以及半导体结构104的厚度决定。由于第一碳纳米管和第二碳纳米管的直径均为纳米级，而且半导体结构104的厚度也为纳米级，所以该多层结构108的横向截面的面积以及纵向截面的面积也均是纳米级。因此该多层结构108为纳米尺寸。优选地，该多层结构108的横向截面的面积为1nm2～100nm2。该半导体结构104在重叠区域处形成一个竖直方向的点状p-n异质结，该p-n异质结为范德华异质结。
在应用时，所述太阳能电池100中的n型半导体结构1042和所述p型半导体结构1044的接触面形成有p-n结。在接触面上n型半导体结构1042中的多余电子趋向p型半导体结构1044，并形成一个由n型半导体结构1042指向p型半导体结构1044的内电场。太阳光从所述太阳能电池100的上电极106一侧入射，当所述p-n结在太阳光的激发下产生多个电子-空穴对时，所述多个电子-空穴对在内电场作用下分离，n型半导体结构1042中的电子向所述上电极106移动，p型半导体结构1044中的空穴向所述背电极102移动，然后分别被所述背电极102和上电极106收集，形成电流。电流的流动路径为穿过多层结构108的横截面，所述太阳能电池100的有效部分为所述多层结构108。所述太阳能电池100的整体尺寸只需确保大于多层结构108的体积即可，因此，太阳能电池100可以具有较小的尺寸，只需确保其包括多层结构108。所述太阳能电池100可以为一纳米级的太阳能电池。该太阳能电池100具有纳米级的尺寸以及更高的集成度。
本发明所提供的太阳能电池具有以下优点：第一，本发明的太阳能电池通过交叉设置的两个单根的碳纳米管夹持二维半导体结构形成，由于两个单根碳纳米管的直径为纳米级，二维半导体结构的厚度为为纳米级，在两个单根碳纳米管的交叉点处，该两个交叉的单根碳纳米管和半导体结构的重叠区域处可以形成一纳米尺寸的p-n结，进而使得太阳能电池的尺寸可以缩小到纳米级，这将使得太阳能电池的应用领域更加广泛。第二，本发明中的太阳能电池的两个电极均为单根的碳纳米管，由于碳纳米管对光的吸收或反射可以忽略不计，碳纳米管的透光度较好。因此，本发明中的太阳能电池相对于采用一般传统电极的太阳能电池的光电转换效率高。其三，由于碳纳米管具有优异的导电性能以及机械性能，以使所述太阳能电池具有较高的光电转换效率、较好的耐用性以及均匀的电阻，从而提高所述太阳能电池的性能。
请参阅图3，本发明第二实施例提供一太阳能电池200。所述太阳能电池200包括一第一电极202、一第二电极204、一太阳能电池单元206、一栅极208以及一绝缘层210。所述太阳能电池单元206与第一实施例中的所提供的太阳能电池100的结构相同，在此不在重复描述。也就是说，与第一实施例所提供的太阳能电池100相比，本发明所提供的太阳能电池200进一步包括一第一电极202、一第二电极204、一栅极208以及一绝缘层210。具体地，所述太阳能电池单元206通过绝缘层210与栅极208绝缘设置，所述第一电极202与背电极102电连接，所述第二电极204与上电极106电连接。所述栅极208通过所述绝缘层210与背电极102、半导体结构104、上电极106、第一电极202及第二电极204绝缘设置。
所述太阳能电池200中，栅极208与绝缘层210层叠设置，所述太阳能电池单元206设置在绝缘层210的表面，使绝缘层210位于栅极208和太阳能电池单元206之间。所述太阳能电池200中，背电极102即第一碳纳米管直接设置于绝缘层210的表面，半导体结构104设置于第一碳纳米管的上方，使第一碳纳米管位于半导体结构104和绝缘层210之间，上电极106即第二碳纳米管位于半导体结构104的上方。本发明中，第一碳纳米管直接设置在绝缘层210表面，第一碳纳米管靠近栅极208，栅极208可以控制太阳能电池单元206。另外，由于第二碳纳米管远离栅极208，第二碳纳米管不会在半导体结构104和栅极208产生屏蔽效应，以免太阳能电池200无法工作。本实施例中，第二碳纳米管设置在n型半导体层1042的表面，第一碳纳米管设置在p型半导体层1044的表面，n型半导体层1042的材料为硫化钼(MoS2)，其厚度为16纳米；所述p型半导体层1044的材料为硒化钨(WSe2)，其厚度为14纳米。
所述第一电极202和第二电极204均由导电材料组成，该导电材料可选择为金属、ITO、ATO、导电银胶、导电聚合物以及导电碳纳米管等。该金属材料可以为铝、铜、钨、钼、金、钛、钯或任意组合的合金。所述第一电极202和第二电极204也可以均为一层导电薄膜，该导电薄膜的厚度为2纳米-100微米。本实施例中，所述第一电极202，第二电极204为金属Au和Ti得到的金属复合结构，具体地，所述金属复合结构是由金属Au在金属Ti的表面复合而成，所述金属Ti的厚度为5纳米，金属Au的厚度为60纳米。本实施例中，所述第一电极202与第一碳纳米管电连接，设置于第一碳纳米管的一端并贴合于第一碳纳米管的表面，其中，Ti层设置于碳纳米管表面，Au层设置于Ti层表面；所述第二电极204与第二碳纳米管电连接，并设置于第二碳纳米管的一端并贴合于第二碳纳米管的表面，其中，Ti层设置于透明导电膜表面，Au层设置于Ti层表面。
所述绝缘层210的材料为绝缘材料，例如：氮化硅、氧化硅等硬性材料或苯并环丁烯(BCB)、聚酯或丙烯酸树脂等柔性材料。该绝缘层210的厚度为2纳米～100微米。本实施例中，所述绝缘层210的材料为氧化硅，绝缘层的厚度为50纳米。
所述栅极208由导电材料组成，该导电材料可选择为金属、ITO、ATO、导电银胶、导电聚合物以及导电碳纳米管等。该金属材料可以为铝、铜、钨、钼、金、钛、钯或任意组合的合金。本实施例中，所述栅极208为一层状结构，绝缘层210设置于栅极208的表面，所述第一电极202、第二电极204、以及太阳能电池单元206设置于绝缘层210上，并由栅极208和绝缘层210支撑。
本发明所提供的太阳能电池200在应用时，太阳光照射在半导体结构104上，由于半导体结构104与第一碳纳米管和第二碳纳米管形成范德华异质结构，可以产生光伏效应，将光能转化为电能。
本发明所提供的太阳能电池具有以下优点：第一，本发明的太阳能电池中的太阳能电池单元通过交叉设置的两个单根的碳纳米管夹持二维半导体结构形成，由于两个单根碳纳米管的直径为纳米级，二维半导体结构的厚度为为纳米级，在两个单根碳纳米管的交叉点处，该两个交叉的单根碳纳米管和半导体结构的重叠区域处可以形成一纳米尺寸的p-n结，进而使得太阳能电池单元的尺寸可以缩小到纳米级，进而使得太阳能电池具有较小的尺寸，这将使得太阳能电池的应用领域更加广泛。第二，本发明中的太阳能电池单元中的两个电极均为单根的碳纳米管，由于碳纳米管对光的吸收或反射可以忽略不计，碳纳米管的透光度较好。因此，本发明中的太阳能电池相对于采用一般传统电极的太阳能电池的光电转换效率高。其三，由于碳纳米管具有优异的导电性能以及机械性能，以使所述太阳能电池具有较高的光电转换效率、较好的耐用性以及均匀的电阻，从而提高所述太阳能电池的性能。
另外，本领域技术人员还可在本发明精神内做其他变化，当然，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。

Claims (9)

1.一种太阳能电池，包括：
一半导体结构、该半导体结构包括一n型半导体层和一p型半导体层，且该n型半导体层和p型半导体层层叠设置，该半导体结构定义一第一表面以及与该第一表面相对设置的第二表面；
一背电极，该背电极设置在半导体结构的第一表面；
一上电极，该上电极设置在半导体结构的第二表面；
其特征在于，该背电极为一单根的第一碳纳米管，该上电极为一单根的第二碳纳米管，且该第一碳纳米管的延伸方向与第二碳纳米管的延伸方向交叉设置，在该第一碳纳米管以及第二碳纳米管的交叉点处，在垂直于所述半导体结构的方向上，所述第一碳纳米管、半导体结构以及第二碳纳米管的重叠区域形成一多层结构，所述第一碳纳米管和第二碳纳米管均为内壳碳纳米管，该内壳碳纳米管是指双壁碳纳米管或多壁碳纳米管剥去外壳后形成的单壁碳纳米管，该内壳碳纳米管的制备方法是：在长度在150微米以上的双壁碳纳米管或多壁碳纳米管的两端拉伸该双壁碳纳米管或多壁碳纳米管，使双壁碳纳米管或多壁碳纳米管的外壁在中间部位断裂，使该双壁碳纳米管或多壁碳纳米管的中间部分仅剩下最内层的碳纳米管，进而得到一段最内层的碳纳米管，该段最内层的碳纳米管为所述内壳碳纳米管。
2.如权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述第一碳纳米管的延伸方向垂直于所述第二碳纳米管的延伸方向。
3.如权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述第一碳纳米管和第二碳纳米管均为金属型的单壁碳纳米管。
4.如权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述n型半导体层和p型半导体层均为二维材料。
5.如权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述n型半导体层的厚度为0.5纳米到50纳米，所述p型半导体层的厚度为0.5纳米到50纳米。
6.如权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述n型半导体层的材料为硫化钼，所述p型半导体层的材料为硒化钨。
7.如权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，该多层结构的横向截面的面积为1nm2~100nm2。
8.如权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，进一步包括一第一电极、一第二电极、一栅极以及一绝缘层，所述第一电极与背电极电连接，所述第二电极与上电极电连接，所述栅极通过所述绝缘层与背电极、半导体结构、上电极、第一电极及第二电极绝缘设置。
9.如权利要求8所述的太阳能电池，其特征在于，所述第一电极直接设置于第一碳纳米管的一端并贴合于第一碳纳米管的表面，所述第二电极直接设置于第二碳纳米管的一端并贴合于第二碳纳米管的表面，所述栅极与绝缘层层叠设置，所述第一碳纳米管设置在绝缘层的表面，使绝缘层位于栅极和第一碳纳米管之间。
CN201911090236.8A 2019-11-08 2019-11-08 太阳能电池 Active CN112786715B (zh)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911090236.8A CN112786715B (zh) 2019-11-08 2019-11-08 太阳能电池
TW108142363A TWI775012B (zh) 2019-11-08 2019-11-21 太陽能電池
JP2020033012A JP7311442B2 (ja) 2019-11-08 2020-02-28 太陽電池の製造方法
US16/903,167 US11482673B2 (en) 2019-11-08 2020-06-16 Solar battery

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911090236.8A CN112786715B (zh) 2019-11-08 2019-11-08 太阳能电池

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112786715A CN112786715A (zh) 2021-05-11
CN112786715B true CN112786715B (zh) 2022-11-22

Family

ID=75748993

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201911090236.8A Active CN112786715B (zh) 2019-11-08 2019-11-08 太阳能电池

Country Status (4)

Country Link
US (1) US11482673B2 (zh)
JP (1) JP7311442B2 (zh)
CN (1) CN112786715B (zh)
TW (1) TWI775012B (zh)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107564947A (zh) * 2016-07-01 2018-01-09 清华大学 纳米异质结构
CN108963003A (zh) * 2017-05-24 2018-12-07 清华大学 太阳能电池

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2908067B2 (ja) * 1991-05-09 1999-06-21 キヤノン株式会社 太陽電池用基板および太陽電池
JP4251268B2 (ja) 2002-11-20 2009-04-08 ソニー株式会社 電子素子及びその製造方法
JP2005116618A (ja) * 2003-10-03 2005-04-28 Fujitsu Ltd 半導体装置およびその製造方法
JP5029600B2 (ja) * 2006-03-03 2012-09-19 富士通株式会社 カーボンナノチューブを用いた電界効果トランジスタとその製造方法及びセンサ
CN100405617C (zh) * 2006-12-29 2008-07-23 清华大学 基于碳纳米管薄膜的太阳能电池及其制备方法
TWI459568B (zh) * 2008-03-21 2014-11-01 Hon Hai Prec Ind Co Ltd 太陽能電池
TWI409961B (zh) * 2008-04-11 2013-09-21 Hon Hai Prec Ind Co Ltd 太陽能電池
KR20120081801A (ko) 2011-01-12 2012-07-20 삼성엘이디 주식회사 반도체 발광 소자
CN102437226B (zh) * 2011-12-13 2013-12-11 清华大学 一种碳纳米管-硅薄膜叠层太阳能电池及其制备方法
CN103367477A (zh) * 2012-03-30 2013-10-23 清华大学 太阳能电池
CN107564946A (zh) * 2016-07-01 2018-01-09 清华大学 纳米晶体管
TWI577039B (zh) * 2016-04-15 2017-04-01 張家耀 量子點敏化太陽能電池及利用共吸附劑提升量子點敏化太陽能電池之光電性能的方法
CN107452897B (zh) * 2016-05-31 2020-03-17 清华大学 有机薄膜太阳能电池制备方法和制备装置
CN107564948B (zh) 2016-07-01 2021-01-05 清华大学 纳米异质结构及纳米晶体管的制备方法
CN107564917B (zh) * 2016-07-01 2020-06-09 清华大学 纳米异质结构
CN107564862B (zh) * 2016-07-01 2020-09-25 清华大学 纳米异质结构的制备方法
CN107564979B (zh) 2016-07-01 2019-08-13 清华大学 光探测器
JP6621499B2 (ja) 2017-05-24 2019-12-18 ツィンファ ユニバーシティ 半導体素子及び半導体部品
CN108933166B (zh) 2017-05-24 2020-08-11 清华大学 半导体器件
CN108933182B (zh) * 2017-05-24 2020-05-15 清华大学 光探测器
KR102381419B1 (ko) * 2017-06-29 2022-04-01 삼성디스플레이 주식회사 반도체 소자의 제조 방법, 반도체 소자를 포함하는 유기 발광 표시 장치 및 유기 발광 표시 장치의 제조 방법

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107564947A (zh) * 2016-07-01 2018-01-09 清华大学 纳米异质结构
CN108963003A (zh) * 2017-05-24 2018-12-07 清华大学 太阳能电池

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"Reducing defects on multi-walled carbon nanotube surfaces induced by low-power ultrasonic-assisted hydrochloric acid treatment";Qing-Qing Fan等;《Journal of Experimental Nanoscience》;20100408;第338页到347页 *

Also Published As

Publication number Publication date
US11482673B2 (en) 2022-10-25
TWI775012B (zh) 2022-08-21
JP7311442B2 (ja) 2023-07-19
JP2021077848A (ja) 2021-05-20
US20210143334A1 (en) 2021-05-13
TW202119668A (zh) 2021-05-16
CN112786715A (zh) 2021-05-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108933172B (zh) 半导体元件
US10600925B2 (en) Solar battery
TWI667191B (zh) 半導體器件
CN108933182B (zh) 光探测器
TWI668181B (zh) 半導體器件
CN112786715B (zh) 太阳能电池
CN112786678B (zh) 半导体结构及半导体器件
KR101160984B1 (ko) 금속기반 다층 박막형 투명 전극을 사용한 유기 태양전지 모듈 및 이의 제조방법
TWI738122B (zh) 光電探測器
TW201044605A (en) Photovolatic device and method for manufacturing the same
TWI459568B (zh) 太陽能電池
Nasr et al. Carbonous‐Based Optoelectronic Devices
CN108933171B (zh) 半导体结构及半导体器件
TW200947721A (en) Solar cell

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