[发明专利]广谱高吸收的太阳能电池结构及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及硅基太阳能电池领域，特别涉及一种广谱高吸收的太阳能电池结构及其制作方法。

背景技术

随着全球经济的发展，能源的消耗急剧增长。在当前，绝大多数能源是通过燃烧化石燃料获得的。化石燃料的能量使用所导致的大量二氧化碳等气体排放正在造成日益严重的社会环境问题。因此，各种可再生能源的开发利用受到了国际社会越来越大的重视。在各种可再生能源中，太阳能以其取之不尽、用之不竭、无污染、便利等特点成为了重点发展的对象。太阳能的利用主要包括光热和光伏两大类，其中光伏发电以其高效、系统简洁、长寿命、维护简单而备受青睐，成为了太阳能利用的主流技术。在各国政府的政策支撑下，全球太阳能光伏产业在过去的十年里保持了高速增长。太阳能光伏产业已经被认为是继微电子产业之后驱动全球经济发展最主要的产业之一。

太阳能光伏产业的核心是太阳能电池。目前，90％以上的太阳电池是利用硅材料来制造的。硅太阳能电池的成本是阻碍太阳能光伏发电全面推广的根本原因。为了降低硅太阳能电池的成本，人们一般采用两条途径。一是减少硅太阳能电池的制作成本，主要就是尽量减少硅材料的用量；二是利用新的制作工艺和一定的物理特性来提高硅太阳电池的效率。就提高效率来说，一条重要的途径就是扩展硅的光谱吸收范围，提高硅对太阳光谱的吸收率。这是因为，普通晶体硅的光吸收率并不是很高，而且其对波长大于1.1微米的光子吸收很少。

1998年美国哈佛大学教授艾瑞克·马兹尔和他的研究团队利用超强飞秒激光扫描置于六氟化硫气氛中的硅片表面，获得了一种具有晶锥状表面微结构的材料，其在0.25微米-2.5微米的几乎整个太阳光谱范围内具有＞90％的光吸收率，极大地拓展了硅基材料的光谱吸收范围[APPL.Phys.Lett.73.1673(1998)]。经深入研究发现，这种微结构材料有两大特点，一是入射光进入椎体会不断地向椎体底部折射，具有很强的减反陷光效果；二是这种微结构表面掺入了高浓度的S元素，使得硅禁带中产生了许多局域态能级，从而可扩展硅的广谱吸收范围。

金属纳米颗粒表面等离子体共振技术是提高太阳能电池光吸收率的另一条途径。表面等离子体具有光场局域化增强的特性，当入射光照射到具有纳米尺度的金属颗粒上时，光场与自由电荷共振形成的表面等离子体激元可使透射或反射光场大大增强，并将光场局域在界面附近。因此，利用表面等离子体可能增强光伏电池的光吸收和有效激发太阳能电池表面区域的光电转换。

无电金属沉积技术为制备硅表面纳米结构提供了一种简单廉价的方法。这种方法利用金属离子与硅的氧化还原反应实现对硅表面的刻蚀，在这过程中金属离子被还原沉积到硅表面。通过使用特定的模板和化学反应条件，人们可以获得不同的表面微纳结构。这种表面微纳结构在太阳能电池、光电探测器、化学生物传感器等领域有广阔的应用前景。

发明内容

本发明的目的是提供一种广谱高吸收的太阳能电池结构及其制作方法，以解决传统硅电池吸收光谱窄，吸收率低的问题，从而提高硅基太阳能电池的光电转换效率。

本发明提供一种广谱高吸收太阳能电池结构，包括：

一p型或轻掺杂n型硅层；

一硫系元素掺杂层，该硫系元素掺杂层是在硅材料中掺杂硫系元素，该硫系元素掺杂层制作在p型或轻掺杂n型硅层上，该硫系元素掺杂层的表面制作有阵列状连续的尖锥结构，尖锥结构之间的空隙底部为沉积的银纳米颗粒；

多个上表面接触栅电极，制作在尖锥结构的表面；

一下电极，制作在p型或轻掺杂n型硅层的背面。

本发明还提供一种广谱高吸收太阳能电池结构的制作方法，该方法包括：

步骤1：使用金属无电沉积方法，在硅衬底上制备阵列状尖锥结构，形成电池的陷光层；

步骤2：使用硝酸溶液对硅衬底进行处理，去除阵列状尖锥结构表面多余的银颗粒，使阵列状尖锥结构的底部保留有少量的银颗粒；

步骤3：对硅衬底上的阵列状尖锥结构表面进行硫系元素的掺杂；

步骤4：对掺杂后的硅衬底进行退火，以减少缺陷，激活杂质，同时固化银纳米颗粒；

步骤5：在硅衬底上的阵列状尖锥结构的表面制作多个栅电极；

步骤6：在硅衬底的背面制作下电极，完成太阳能电池的制备。

从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：