一種多晶矽薄膜太陽能電池的製作方法
2024-01-21 07:31:15
一種多晶矽薄膜太陽能電池的製作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種多晶矽薄膜太陽能電池，其結構為：FTO或AZO透明導電玻璃襯底／ZnO籽晶層／N型ZnO納米陣列／P型多晶矽薄膜／金屬電極，形成基於ZnO納米陣列的n-ZnO／p-Si異質結太陽能電池。技術方案為：在FTO或AZO透明導電玻璃上製備ZnO籽晶層，在ZnO籽晶層上生長N型ZnO納米陣列，在N型ZnO納米陣列上製備P型多晶矽薄膜，最後在多晶矽薄膜上蒸鍍金屬電極。此結構特徵在於N型ZnO納米陣列可以直接深入至Si薄膜內部，實現多晶矽薄膜全麵包覆ZnO納米棒，充分利用納米陣列傳遞載流子的作用，降低載流子複合機率，有效提升光伏轉換效率。
【專利說明】—種多晶矽薄膜太陽能電池
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及多晶矽太陽能電池領域，是一種基於ZnO納米陣列的多晶矽薄膜太陽電池結構。
[0002]【背景技術】
[0003]ZnO / Si異質結太陽能電池是一種雙能帶結構，不僅能夠有效提高太陽能電池光-電轉換效率，還能有效地降低太陽能電池的成本。
[0004]在薄膜太陽能電池方面，國內外採用各種方法在Si基片上製備ZnO薄膜來製備ZnO / p_S1、ZnO / n_S1、n—ZnO / n_Si 異質結太陽能電池。到目前為止，n_ZnO / n_Si異質結最高光伏轉換效率為8.5%，n-ZnO / p_Si異質結最高光伏轉換效率為6.8%，在理論上還有提升的空間。在有機太陽能電池方面，採用TiO2平整膜與聚合物雜化的太陽能電池光電轉換效率僅為0.09%,而採用相同工藝製備的TiO2納米陣列和ZnO納米陣列與聚合物雜化的太陽能電池，最高效率達到0.29%，充分體現出納米陣列在提高光伏轉換效率方面的優勢。
[0005]目前納米陣列用於ZnO/ Si異質結薄膜太陽能電池，在電池結構上是採用在Si基片上製備ZnO納米陣列，目前還未出現在ZnO納米陣列基礎上沉積多晶矽薄膜的結構。在Si基片上製備ZnO納米陣列結構中與Si基底接觸的並不是真正的ZnO納米棒，而是ZnO籽晶層，ZnO籽晶層與Si之間存在較高的缺陷密度，不利於激子的快速分離與轉移。相反，在ZnO納米陣列上沉積多晶娃薄膜,Si直接在ZnO納米棒上形核生長,ZnO納米陣列可以直接深入至Si薄膜的內部，實現多晶矽薄膜全麵包覆ZnO納米棒，不僅減小兩者之間的缺陷密度，而且大大增加了兩者的接觸面積，有利於激子的快速分離，減少複合的機率。
[0006]本實用新型在結構上克服了在Si基片上製備ZnO納米陣列結構的不足，充分利用了納米棒提高光伏轉換效率的優勢。提出先在FTO或AZO透明導電玻璃上製備ZnO籽晶層，在籽晶層上生長ZnO納米陣列，再在納米陣列基礎上沉積P型多晶矽薄膜，形成多晶矽薄膜全麵包覆ZnO納米棒的ZnO / Si異質結太陽能，多晶矽薄膜完全包覆ZnO納米陣列，充分發揮納米陣列的作用，更大程度上傳遞光生載流子，降低界面複合機率，提高輸出效率。
[0007]本實用新型中N型ZnO納米陣列與P型Si薄膜所需的摻雜元素為同一種或同一族元素，既能形成有效的PN結，提高電池的開路電壓，又能避免在製備或使用過程中摻雜元素互擴散導致的電池性能變化。
[0008]
【發明內容】
[0009]本實用新型的目的是研究開發新型多晶矽太陽能電池，獲得基於ZnO納米陣列的η一ZnO / P一Si異質結太陽能電池原型器件。
[0010]本實用新型的技術方案是:
[0011](I)在FTO或AZO透明導電玻璃襯底上製備ZnO籽晶層；
[0012](2)在ZnO籽晶層上生長N型摻雜ZnO納米陣列；
[0013](3)在N型ZnO納米陣列基礎上製備P型摻雜多晶矽薄膜，形成多晶矽薄膜包覆ZnO納米陣列結構,最後在P型多晶娃薄膜上蒸鍍金屬電極,形成n-ZnO / p_Si異質結太陽能電池。
[0014]有益成果
[0015]本實用新型提供了一種新型多晶矽薄膜太陽能結構:
[0016](I)利用納米陣列的優勢，克服在Si基片上製備ZnO納米陣列結構的不足，採用多晶娃薄膜在ZnO納米陣列基礎上生長製備的結構。ZnO納米陣列可以直接深入至Si薄膜的內部，實現多晶娃薄膜全麵包覆ZnO納米棒,充分利用納米陣列結構對光生載流子特有的光電傳輸分離效應，有效傳遞光生載流子，降低界面複合機率，提高輸出效率。
[0017](2)本實用新型中N型ZnO納米陣列與P型Si薄膜所需的摻雜元素為同一種或同一族元素，既能形成有效的PN結，提高電池的開路電壓，又能避免在製備或使用過程中摻雜元素互擴散導致的電池性能變化。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖為一種基於ZnO納米陣列的多晶矽薄膜太陽能電池的結構示意圖；
[0019]附圖標記:1.FTO透明導電玻璃襯底；2.ZnO籽晶層;3.N型ZnO納米陣列;4.P型多晶娃薄膜；5.金屬電極。
【具體實施方式】
[0020]本實用新型提出了一種基於ZnO納米陣列的n-ZnO/p-Si異質結太陽能電池。其結構依次包括:FT0或AZO透明導電玻璃、ZnO籽晶層、N型ZnO納米陣列、P型多晶矽薄膜、金屬電極，形成n-ZnO/p-Si異質結薄膜太陽能電池。此結構優勢在於N型ZnO納米陣列直接深入至Si薄膜的內部，多晶矽薄膜全麵包覆ZnO納米陣列，充分利用納米陣列傳遞載流子的作用，有效提升光伏轉換效率。同時N型ZnO與P型Si薄膜所需的摻雜元素可以為同一種或同一族元素，能形成有效的PN結，提高電池的開路電壓。
[0021]下面通過具體實施例對實用型新做進一步說明，以使本實用新型變得更為清楚:
[0022]實施例1:
[0023]如圖，選擇FTO玻璃作為多晶矽薄膜電池的襯底，在襯底上製備ZnO籽晶層，再在ZnO籽晶層上製備N型ZnO米陣列；在ZnO納米陣列上沉積P型多晶矽薄膜，形成多晶矽薄膜完全包覆ZnO納米棒，B摻入Si薄膜中為P型摻雜，摻入ZnO中為N型摻雜；在多晶矽薄膜表面蒸鍍Al電極,形成基於ZnO納米陣列的n-ZnO/p-Si異質結太陽能電池。
[0024]實施例2:
[0025]選擇AZO玻璃作為多晶矽薄膜電池的襯底，在襯底上製備ZnO籽晶層，再在ZnO籽晶層上製備N型ZnO米陣列；在ZnO納米陣列上沉積P型多晶矽薄膜，形成多晶矽薄膜完全包覆ZnO納米棒，Al摻入Si薄膜中為P型摻雜，摻入ZnO中為N型摻雜:在多晶矽薄膜表面蒸鍍Ag電極,形成基於ZnO納米陣列的n-ZnO/p-Si異質結太陽能電池。
[0026]實施例3:
[0027]選擇AZO玻璃作為多晶矽薄膜電池的襯底，在襯底上製備ZnO籽晶層，再在ZnO籽晶層上製備N型ZnO米陣列；在ZnO納米陣列上沉積P型多晶矽薄膜，形成多晶矽薄膜完全包覆ZnO納米棒，B摻入Si薄膜中為P型摻雜，摻入ZnO中為N型摻雜；在多晶矽薄膜表面蒸鍍Cu電極,形成基於ZnO納米陣列的n-ZnO/p-Si異質結太陽能電池。[0028]實施例4:
[0029]選擇AZO玻璃作為多晶矽薄膜電池的襯底，在襯底上製備ZnO籽晶層，再在ZnO籽晶層上製備N型ZnO米陣列；在ZnO納米陣列上沉積P型多晶矽薄膜，形成多晶矽薄膜完全包覆ZnO納米棒，Al摻入Si薄膜中為P型摻雜，摻入ZnO中為N型摻雜；在多晶矽薄膜表面蒸鍍Pt電極，形成基於ZnO納米陣列的n-ZnO/p-Si異質結太陽能電池。
【權利要求】
1.一種基於ZnO納米陣列的多晶矽薄膜太陽能電池，其特徵在於，其結構依次包括:FTO或AZO透明導電玻璃襯底、ZnO籽晶層、N型ZnO納米陣列、P型多晶矽薄膜、金屬電極。
2.根據權利要求1所述的一種基於ZnO納米陣列的多晶矽薄膜太陽能電池，其特徵在於，N型ZnO納米陣列直接深入至Si薄膜的內部,多晶娃薄膜全麵包覆ZnO納米陣列的結構。
3.根據權利要求1所述的一種基於ZnO納米陣列的多晶矽薄膜太陽能電池，其特徵在於，在ZnO籽晶層生長N型摻雜ZnO納米陣列結構。
4.根據權利要求1所述的一種基於ZnO納米陣列的多晶矽薄膜太陽能電池，其特徵在於，在ZnO納米陣列基礎上沉積P型摻雜多晶矽薄膜，P型多晶矽薄膜包覆ZnO納米陣列。
5.根據權利要求1所述的一種基於ZnO納米陣列的多晶矽薄膜太陽能電池，其特徵在於，在P型多晶矽薄膜上蒸鍍金屬電極。
【文檔編號】H01L31/072GK203456485SQ201320409443
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年7月11日 優先權日:2013年7月11日
【發明者】羊億, 陳絲懿, 王高飛, 孫汝廷 申請人:湖南師範大學