[发明专利]基于硅线阵列掺磷的芯壳型结构太阳能电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于硅材料器件、微米材料及太阳能电池应用技术领域，特别涉及基于硅线阵列掺磷的芯壳型结构太阳能电池及其制备方法。

背景技术

在未来的光伏产业中，硅将依然发挥最为重要的作用。然而，较高的生产成本，成为硅材料电池发展的瓶颈。目前，人们正在全力寻找各种新材料和新技术，以减少硅的使用率，制造性能价格比更高的太阳能电池。

在寻找新材料和新技术的过程中，基于硅的微米技术成为目前研究硅基太阳能电池的热点之一。硅微米线阵列是一种边长或直径尺度在微米量级，硅线排列具有很好规律性的结构，其对光和光生载流子的吸收具有优异的性能，是一种适合用于光伏电池方面的材料(参考文献1：M.D.Kelzenberg，S.W.Boettcher，J.A.Petykiewicz，D.B.Turner-Evans，M.C.Putnam，E.L.Warren，J.M.Spurgeon，R.M.Briggs，N.S.Lewis，H.A.Atwater.Enhanced absorption and carrier collection in Siwire arrays for photovoltaic applications.Nature Materials 2010，9(3)：239-244.)。近几年来，芯壳型结构电池因为具有较高的转换效率和较好的稳定性，成为大家研究的热点之一(参考文献2：B.Z.Tian，X.L.Zheng，T.J.Kempa，Y.Fang，N.F.Yu，G.H.Yu，J.L.Huang，C.M.Lieber.Coaxial silicon nanowires as solar cells andnanoelectronic power sources.Nature 2007，449(7164)：885-888.)。将硅微米线阵列制备成芯壳型结构的太阳能电池，充分利用二者的优势，预期会获得一种具有更高性价比的硅基太阳能电池。

目前，关于将硅线制备成芯壳型结构的研究尚存在以下不足：1)制备的硅线边长或直径为纳米尺寸，加工制备工艺复杂[参考文献3：Z.P.Huang，H.Fang，J.Zhu.Fabrication of Silicon Nanowire Arrays with Controlled Diameter，Length，andDensity.Advanced Materials.2007，19(5)：744-748.]；2)制备芯壳型结构采用化学气相沉积的方法，制备成本较高[参考文献4：E.C.Garnett，P.D.Yang.SiliconNanowire Radial p-n Junction Solar Cells.Journal of the American Chemical Society.2008，130(29)：9224-9225.]；3)制备得到的芯壳型电池的转换效率较低，转换效率不超过6％[参考文献5：B.M.Kayes，M.A.Filler，M.D.Henry，J.R.Maiolo III，M.D.Kelzenberg，M.C.Putnam，J.M.Spurgeon，K.E.Plass，A.Scherer，N.S.Lewis，H.A.Atwater.Radial pn junction，wire array solar cells.33rd IEEE PVSC，2008，PP.499-503.]。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种基于硅线阵列掺磷的芯壳型结构太阳能电池，它包含有金属上电极层、P型硅层和Al电极层，其特征在于：所述P型硅层上设有硅线阵列，所述硅线阵列中硅线边长或者直径为1～10μm，硅线之间中心间距为2～30μm；所述P型硅层设有硅线阵列的一面为正面，另一面为背面，所述P型硅层正面设有掺磷硅层(呈N型)，从而形成硅线阵列外层为掺磷硅层(呈N型)，芯部为呈P型硅层的芯壳型结构；所述金属上电极层设在掺磷硅层上，在所述P型硅层背面依次设有Al-Si共晶合金层和所述Al电极层。

在所述掺磷硅层上增设透明导电薄膜层，所述金属上电极层改为设在所述增设的透明导电薄膜层上。

所述硅线高度为1～50μm。

所述金属上电极层为Ti/Pd/Ag上电极，在所述掺磷硅层或者透明导电薄膜层上依次设置Ti层、Pd层、Ag层，形成Ti/Pd/Ag上电极。

所述透明导电薄膜层选用InSnO₂(氧化铟锡)、或碳纳米管等材料。