專利名稱：太陽(yáng)能電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種太陽(yáng)能電池，尤其涉及一種基于碳納米管的太陽(yáng)能電池。
背景技術(shù)：
太陽(yáng)能是當(dāng)今最清潔的能源之一，取之不盡、用之不竭。太陽(yáng)能的利用 方式包括光能-熱能轉(zhuǎn)換、光能-電能轉(zhuǎn)換和光能-化學(xué)能轉(zhuǎn)換。太陽(yáng)能電池是 光能-電能轉(zhuǎn)換的典型例子，是利用半導(dǎo)體材料的光生伏特原理制成的。根 據(jù)半導(dǎo)體光電轉(zhuǎn)換材料種類不同，太陽(yáng)能電池可以分為硅基太陽(yáng)能電池(請(qǐng)
參見(jiàn)太陽(yáng)能電池及多晶硅的生產(chǎn)，材料與冶金學(xué)報(bào)，張明杰等，vo16， p33-38 (2007))、砷化鎵太陽(yáng)能電池、有機(jī)薄膜太陽(yáng)能電池等。
目前，太陽(yáng)能電池以硅基太陽(yáng)能電池為主。請(qǐng)參閱圖l,為現(xiàn)有技術(shù)中 的硅基太陽(yáng)能電池30包含一背電極32、 一硅片襯底34、 一摻雜硅層36和 一上電極38。在硅基太陽(yáng)能電池中，作為光電轉(zhuǎn)換的材料的硅片襯底通常 采用單晶硅制成。因此，要獲得高轉(zhuǎn)換效率的硅基太陽(yáng)能電池，就需要制備 出高純度的單晶硅。所述背電極32設(shè)置于所述硅片襯底34的第一表面341， 且與該硅片襯底34的第一表面341歐姆接觸。所述硅片襯底34的第二表面 343設(shè)置有多個(gè)間隔設(shè)置的凹孔342。所述摻雜硅層36形成于所述凹孔342 的內(nèi)表面344，起到光電轉(zhuǎn)換的作用。所述上電極38設(shè)置于所述硅片襯底 34的第二表面343?，F(xiàn)有技術(shù)一般采用導(dǎo)電金屬網(wǎng)格作為上電極38,然而 導(dǎo)電金屬都是不透明的材料，降低了太陽(yáng)光的透過(guò)率。為了進(jìn)一步增加太陽(yáng) 光的透過(guò)率，故采用透明的銦錫氧化物層作為上電極38,但由于銦錫氧化 物層的機(jī)械和化學(xué)耐用性不夠好，導(dǎo)致了現(xiàn)有的太陽(yáng)能電池的耐用性低。同 時(shí)，由于所述摻雜硅層36本身的吸光性不是很好，故所述硅基太陽(yáng)能電池 30的光電轉(zhuǎn)換效率不高。
因此，確有必要提供一種太陽(yáng)能電池，所得到的太陽(yáng)能電池具有較高的 光電轉(zhuǎn)換效率、耐用性高、阻值分布均勻及透光性好。

發(fā)明內(nèi)容
一種太陽(yáng)能電池包括一背電極、 一硅片襯底、 一摻雜硅層和一上電極。 所述硅片襯底包括相對(duì)設(shè)置的一第一表面和一第二表面。所述背電極設(shè)置于 所述硅片襯底的第一表面，且與該硅片襯底第一表面歐姆接觸。所述硅片襯 底的第二表面設(shè)置有多個(gè)間隔設(shè)置的凹孔。所述摻雜硅層形成于所述硅片襯 底第二表面的凹孔的內(nèi)表面。所述上電極設(shè)置于所述硅片襯底的第二表面。 該上電極包括一碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)。
與現(xiàn)有技術(shù)相比較，所述太陽(yáng)能電池具有以下優(yōu)點(diǎn)其一，碳納米管復(fù) 合結(jié)構(gòu)具有良好的吸收太陽(yáng)光能力，所得到的太陽(yáng)能電池具有較高的光電轉(zhuǎn) 換效率；其二，碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)具有很好的韌性和機(jī)械強(qiáng)度，故，采用碳 納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)作上電極，可以相應(yīng)的提高太陽(yáng)能電池的耐用性。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)中太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2是本技術(shù)方案實(shí)施例的太陽(yáng)能電池的側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖。 圖3是本技術(shù)方案實(shí)施例的太陽(yáng)能電池的上電極的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖4是本技術(shù)方案實(shí)施例的太陽(yáng)能電池采用有序碳納米管薄膜的部分放 大示意圖。
具體實(shí)施例方式
以下將結(jié)合附圖詳細(xì)說(shuō)明本技術(shù)方案太陽(yáng)能電池。
請(qǐng)參閱圖2,本技術(shù)方案實(shí)施例提供一種太陽(yáng)能電池10包括一背電極 12、 一硅片襯底14、 一摻雜硅層16、 一上電極18、 一減反層22和至少一電 才及20。所述硅片襯底14包括相對(duì)設(shè)置的一第一表面141和一第二表面143。 所述背電極12設(shè)置于所述硅片襯底14的第一表面141,且與所述硅片襯底 14的第一表面141歐姆接觸。所述硅片襯底14的第二表面143設(shè)置有多個(gè) 間隔設(shè)置的凹孔142。所述摻雜硅層16形成于所述硅片4十底14第二表面143 的凹孔142的內(nèi)表面144。所述上電極18設(shè)置于所述珪片襯底14的第二表 面143。該上電極18包括一碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)。所述減反層22設(shè)置于所述上電極18的第一表面181。所述至少一電極20設(shè)置于所述減反層22的表面。
所述至少一電極20是一可選擇的結(jié)構(gòu)。該電極20的材料為銀、金、含 碳納米管的導(dǎo)電材料或者其他常用作電極的導(dǎo)電材料。所述電極20的形狀 和厚度不限，還可設(shè)置于所述上電極18的第一表面181或者第二表面182， 并與上電極18的第一表面181或者第二表面182電接觸。所述電極20的設(shè) 置可用于收集流過(guò)所述上電極18中的電流，并與外電路連接。
所述減反層22是一可選擇的結(jié)構(gòu)。該減反層22的材料為二氧化鈦或者 氧化鋅鋁等。所述減反層22可設(shè)置于所述上電極18的第一表面181或者第 二表面182,用以減少所述上電極18對(duì)太陽(yáng)光的反射，從而進(jìn)一步提高所述 太陽(yáng)能電池10的光電轉(zhuǎn)換效率。
所述背電極12的材料可為鋁、鎂或者銀等金屬。所述背電極12的厚度 為10微米 300微米。所述背電極12的形狀和厚度不限。
所述硅片襯底14為P型單晶硅片。該P(yáng)型單晶硅片的厚度為200微米 ~300微米。所述多個(gè)凹孔142之間的距離為10微米~30微米，深度為50微 米 7(M鼓米。所述多個(gè)凹孔142的形狀和大小不限，該凹孔142的橫截面可 以為正方形、梯形或者三角形等多邊形。所述摻雜硅層16的材料為N型摻 雜硅層，可通過(guò)向所述硅片襯底14注入過(guò)量的如磷或者砷等N型摻雜材料 而形成。所述N型摻雜硅層16的厚度為500納米 1微米。所述N型摻雜材 料與所述P型硅片襯底14形成多個(gè)P-N結(jié)結(jié)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)所述太陽(yáng)能電池 中光能到電能的轉(zhuǎn)換。所述凹孔142的結(jié)構(gòu)使所述硅片襯底14的第二表面 143具有良好的陷光機(jī)制和較大的P-N結(jié)的界面面積，可以提高所述太陽(yáng)能 電池的光電轉(zhuǎn)換效率。
請(qǐng)參閱圖3，所述上電極18具有一定的空隙、很好的韌性和機(jī)械強(qiáng)度以 及均勻分布的結(jié)構(gòu)，以使所述太陽(yáng)能電池IOO具有良好的透光性以及很好的 耐用性，從而提高所述太陽(yáng)能電池100的性能。所述上電極18包括一碳納 米管復(fù)合結(jié)構(gòu)，用以收集所述P-N結(jié)中通過(guò)光能向電能轉(zhuǎn)換而產(chǎn)生的電流。 該碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)包括一碳納米管結(jié)構(gòu)183和大量的金屬顆粒184。所述 金屬顆粒184為鉑顆粒、鈀顆粒、釕顆粒、銀顆粒、金顆?；蚱浠旌?。該金 屬顆粒184的平均粒徑大小為1納米 10納米。所述碳納米管的質(zhì)量占所述 碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)質(zhì)量的70%~90%。所述金屬顆粒184的質(zhì)量占所述碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)質(zhì)量的10%~30%。其中，金屬顆粒184均勻分布于所述碳納 米管結(jié)構(gòu)183中形成碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)。所述碳納米管結(jié)構(gòu)183包括無(wú)序碳 納米管層或者有序碳納米管層。可將碳納米管結(jié)構(gòu)183浸泡于含由金屬鹽的 溶液中，使金屬鹽吸附在所述碳納米管結(jié)構(gòu)183的表面，然后在還原性氣氛 下，高溫還原吸附于碳納米管結(jié)構(gòu)183的金屬鹽?；蛘卟捎脷庀喑练e和化學(xué) 鍍的方法在碳納米管結(jié)構(gòu)183的表面包覆上金屬納米粒子或者納米膜。
所述無(wú)序碳納米管層包括多個(gè)無(wú)序排列的碳納米管。該碳納米管在無(wú)序 碳納米管層中相互纏繞或者各向同性。
所述有序碳納米管層包括多個(gè)有序排列的碳納米管。所述的多個(gè)碳納米 管在該有序碳納米管層中平行于所述有序碳納米管層的表面排列，且沿同一 方向或者沿多個(gè)方向擇優(yōu)取向排列。
所述碳納米管結(jié)構(gòu)183中的碳納米管為單壁碳納米管、雙壁碳納米管或 者多壁碳納米管。當(dāng)所述碳納米管結(jié)構(gòu)183中的碳納米管為單壁碳納米管時(shí)， 該單壁碳納米管的直徑為0.5納米 50納米。當(dāng)所述碳納米管結(jié)構(gòu)183中的 碳納米管為雙壁碳納米管時(shí)，該雙壁碳納米管的直徑為1.0納米 50納米。 當(dāng)所述碳納米管結(jié)構(gòu)183中的碳納米管為多壁碳納米管時(shí)，該多壁碳納米管 的直徑為1.5納米~50納米。由于所述碳納米管結(jié)構(gòu)183中的碳納米管非常 純凈，且由于碳納米管本身的比表面積非常大，所以該碳納米管結(jié)構(gòu)183本 身具有較強(qiáng)的粘性。該碳納米管結(jié)構(gòu)183可利用其本身的粘性直接固定于所 述硅片襯底14的第二表面143。
一部分太陽(yáng)光通過(guò)該碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)中相鄰的碳納米管之間的空隙 照射進(jìn)所述凹孔142內(nèi)，另一部分太陽(yáng)光照射在所述上電極18上。當(dāng)太陽(yáng) 光照射到所述上電極18中的金屬顆粒184的表面時(shí)，就會(huì)在金屬顆粒184 的內(nèi)部生成表面等離子體，即濃度相同的正、負(fù)電荷組成的體系。該體系是 電中性的，平衡時(shí)各處正、負(fù)電荷密度相等。但由于太陽(yáng)光照射所引起的熱 起伏效應(yīng)，局部平衡被破壞，引起正電荷和負(fù)電荷在金屬顆粒184內(nèi)部反復(fù) 運(yùn)動(dòng)便產(chǎn)生振蕩，稱為表面等離子體振蕩。當(dāng)入射太陽(yáng)光的頻率與表面等離 子體振蕩頻率相等時(shí)，金屬顆粒184內(nèi)部的自由電子會(huì)產(chǎn)生共振，表面等離 子體會(huì)形成輻射態(tài)，即向外輻射照射在所述上電極18的太陽(yáng)光。這樣金屬 顆粒184會(huì)把太陽(yáng)光輻射進(jìn)所述凹孔142中，從而增加了所述太陽(yáng)能電池10對(duì)太陽(yáng)光的吸收。
請(qǐng)參閱圖4,本實(shí)施例的碳納米管結(jié)構(gòu)183優(yōu)選采用至少一有序碳納米 管薄膜185。該有序碳納米管薄膜185通過(guò)直接拉伸一碳納米管陣列獲得。 該有序碳納米管薄膜185包括沿同一方向定向排列的碳納米管。具體地，所 述有序碳納米管薄膜185包括多個(gè)首尾相連且長(zhǎng)度相等的碳納米管束186。 所述碳納米管束186的兩端通過(guò)范德華力相互連接。每個(gè)碳納米管束186包 括多個(gè)長(zhǎng)度相等且平行排列的碳納米管187。所述相鄰的碳納米管187之間 通過(guò)范德華力緊密結(jié)合。所述有序碳納米管薄膜185是由碳納米管陣列經(jīng)進(jìn) 一步處理得到的，故其長(zhǎng)度與寬度和碳納米管陣列所生長(zhǎng)的基底的尺寸有 關(guān)?？筛鶕?jù)實(shí)際需求制得。本實(shí)施例中，采用氣相沉積法在4英寸的基底生 長(zhǎng)超順排碳納米管陣列。所述有序碳納米管薄膜185的寬度可為0.01厘米 ~10厘米，厚度為10納米 10(H效米。
可以理解，所述碳納米管結(jié)構(gòu)183可以進(jìn)一步包括至少兩個(gè)重疊設(shè)置的 有序碳納米管薄膜185。具體地，相鄰的兩個(gè)有序碳納米管薄膜185中的碳 納米管具有一交叉角度a,且0度蟲(chóng)^0度，具體可依據(jù)實(shí)際需求制備。可 以理解，由于碳納米管結(jié)構(gòu)183中的有序碳納米管薄膜185可重疊設(shè)置，故， 上述碳納米管結(jié)構(gòu)183的厚度不限，可根據(jù)實(shí)際需要制成具有任意厚度的碳 納米管結(jié)構(gòu)183。
所述有序碳納米管薄膜185是由碳納米管陣列經(jīng)進(jìn)一步處理得到的，其 長(zhǎng)度和寬度可以較準(zhǔn)確地控制。該有序碳納米管薄膜185中碳納米管首尾相 連，且長(zhǎng)度相等并均勻、有序分布、相鄰的碳納米管之間具有空隙，從而使 得所述碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)具有均勻的阻值分布和透光特性。所述碳納米管復(fù) 合結(jié)構(gòu)具有很好的韌性和機(jī)械強(qiáng)度，故，采用該碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)作上電極， 可以相應(yīng)提高所述太陽(yáng)能電池的耐用性。
所述太陽(yáng)能電池IO在應(yīng)用時(shí)，太陽(yáng)光照射到所述碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)， 并通過(guò)該碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)中相鄰的碳納米管之間的空隙照射到所述太陽(yáng) 能電池10中的多個(gè)凹孔142內(nèi)，太陽(yáng)光通過(guò)所述凹孔142的內(nèi)壁多次反射， 從而增加了該太陽(yáng)能電池10中所述硅片襯底14的第二表面143的陷光性能。 在所述多個(gè)凹孔142內(nèi)，P型硅片襯底和N型4參雜材料接觸在一起的面形成 有多個(gè)P-N結(jié)。在接觸面上N型摻雜材料多余電子趨向P型硅片襯底，并
8形成阻擋層或接觸電位差。當(dāng)P型硅片襯底接正極，N型摻雜材料接負(fù)極，
N型摻雜材料多余電子和P-N結(jié)上電子容易往正極移動(dòng)，且阻擋層變薄接觸 電位差變小，即電阻變小，可形成較大電流。即，所述P-N結(jié)在太陽(yáng)光的激 發(fā)下產(chǎn)生多個(gè)電子-空穴對(duì)，電子-空穴對(duì)在靜電勢(shì)能作用下分離，N型摻雜 材料中的電子向所述碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)移動(dòng)，P型硅片襯底中的空穴向所述 背電極12移動(dòng)，然后被背電極12和作為上電極的碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)收集， 這樣外電路就有電流通過(guò)。
所述太陽(yáng)能電池具有以下優(yōu)點(diǎn)其一，碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)具有良好的吸 收太陽(yáng)光能力，所得到的太陽(yáng)能電池具有較高的光電轉(zhuǎn)換效率；其二，碳納 米管復(fù)合結(jié)構(gòu)具有很好的韌性和機(jī)械強(qiáng)度，故，采用碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)作上 電極，可以相應(yīng)的提高太陽(yáng)能電池的耐用性；其三，由于碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu) 具有較均勻的結(jié)構(gòu)，故，采用碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)作上電極，可使得上電極具 有均勻的電阻，從而提高太陽(yáng)能電池的性能；其四，碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)中相 鄰的碳納米管之間具有均勾分布的空隙，故，故，采用碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)作 上電極，可使得上電極對(duì)太陽(yáng)光具有很好的透光性；其五，由于金屬顆粒的 存在，在太陽(yáng)光的照射下該金屬顆粒可以產(chǎn)生表面等離子體，從而增強(qiáng)了所 述太陽(yáng)能電池對(duì)太陽(yáng)光的吸收。
另外，本領(lǐng)域技術(shù)人員還可在本發(fā)明精神內(nèi)做其他變化，當(dāng)然，這些依 據(jù)本發(fā)明精神所做的變化，都應(yīng)包含在本發(fā)明所要求保護(hù)的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種太陽(yáng)能電池，其包括一硅片襯底，該硅片襯底包括相對(duì)設(shè)置的一第一表面和一第二表面，該硅片襯底的第二表面設(shè)置有多個(gè)間隔設(shè)置的凹孔；一背電極，該背電極設(shè)置于所述硅片襯底的第一表面，且與該硅片襯底第一表面歐姆接觸；一摻雜硅層，該摻雜硅層形成于所述硅片襯底第二表面的凹孔的內(nèi)表面；一上電極，該上電極設(shè)置于所述硅片襯底的第二表面；其特征在于，所述上電極包括一碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)。
2. 如權(quán)利要求l所述的太陽(yáng)能電池，其特征在于，所述碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)包括 一碳納米管結(jié)構(gòu)和大量均勻分布于該碳納米管結(jié)構(gòu)中的金屬顆粒。
3. 如權(quán)利要求2所述的太陽(yáng)能電池，其特征在于，所述金屬顆粒為鉑顆粒、鈀 顆粒、釕顆粒、4艮顆粒、金顆?；蚱浠旌?，其平均粒徑為1納米 10納米。
4. 如權(quán)利要求2所述的太陽(yáng)能電池，其特征在于，所述碳納米管結(jié)構(gòu)包括無(wú)序 碳納米管層或者有序碳納米管層。
5. 如權(quán)利要求4所述的太陽(yáng)能電池，其特征在于，所述無(wú)序碳納米管層包括多 個(gè)無(wú)序排列的碳納米管。
6. 如權(quán)利要求4所述的太陽(yáng)能電池，其特征在于，所述有序碳納米管層包括多 個(gè)有序排列的碳納米管。
7. 如權(quán)利要求4所述的太陽(yáng)能電池，其特征在于，所述有序碳納米管層包括至 少 一有序^f友納米管薄膜，該有序-友納米管薄膜通過(guò)直接拉伸一^友納米管陣列 獲得，且包括沿同一方向排列的碳納米管。
8. 如權(quán)利要求7所述的太陽(yáng)能電池，其特征在于，所述有序碳納米管薄膜包括 多個(gè)首尾相連且長(zhǎng)度相等的碳納米管束，該碳納米管束的兩端通過(guò)范德華力 相互連接，每個(gè)碳納米管束包括多個(gè)長(zhǎng)度相等且平行排列的碳納米管。
9. 如權(quán)利要求7所述的太陽(yáng)能電池，其特征在于，所述有序碳納米管層包括至 少兩個(gè)重疊設(shè)置的有序碳納米管薄膜。
10. 如權(quán)利要求9所述的太陽(yáng)能電池，其特征在于，所述相鄰兩個(gè)有序碳納米管薄膜中的碳納米管之間具有一交叉角度ce，且0度^e^0度。
11. 如權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能電池，其特征在于，所述硅片襯底為P型單晶硅 片，該P(yáng)型單晶硅片的厚度為200微米 300微米。
12. 如權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能電池，其特征在于，所述多個(gè)凹孔的間距為10 微米 30微米，深度為50微米~70微米。
13. 如權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能電池，其特征在于，所述摻雜硅層為摻雜有磷或 者砷的N型硅層。
14. 如權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能電池，其特征在于，該太陽(yáng)能電池進(jìn)一步包括至 少一電極，該電極設(shè)置于所述上電極的表面，并與該上電極的表面電4妄觸。
15. 如權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能電池，其特征在于，該太陽(yáng)能電池進(jìn)一步包括一 減反層，該減反層設(shè)置于所述上電極的表面。
16. 如權(quán)利要求15所述的太陽(yáng)能電池，其特征在于，所述減反層的材料為二氧 化鈦或者氧化鋅鋁。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種太陽(yáng)能電池，該太陽(yáng)能電池包括一背電極、一硅片襯底、一摻雜硅層和一上電極。所述硅片襯底包括相對(duì)設(shè)置的一第一表面和一第二表面。所述背電極設(shè)置于所述硅片襯底的第一表面，且與該硅片襯底第一表面歐姆接觸。所述硅片襯底的第二表面設(shè)置有多個(gè)間隔設(shè)置的凹孔。所述摻雜硅層形成于所述硅片襯底第二表面的凹孔的內(nèi)表面。所述上電極設(shè)置于所述硅片襯底的第二表面。該上電極包括一碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)。
文檔編號(hào)H01L31/052GK101562203SQ200810066749
公開(kāi)日2009年10月21日 申請(qǐng)日期2008年4月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月18日
發(fā)明者姜開(kāi)利, 孫海林, 李群慶, 范守善 申請(qǐng)人:清華大學(xué);鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司