本發(fā)明涉及一種太陽能電池及制備方法，尤其是一種多彩太陽能電池及其制備方法。

背景技術(shù)：

近年來，隨著光伏行業(yè)的不斷發(fā)展，市場對(duì)光伏產(chǎn)品提出了更高的要求。將光伏產(chǎn)品集成在建筑屋頂、外墻屋頂、幕墻等處，以便將其與建筑集成一體化是光伏行業(yè)發(fā)展的主要方向。由于光伏方陣與建筑的結(jié)合不占用額外的地面空間，是光伏發(fā)電系統(tǒng)在城市中廣泛應(yīng)用的最佳安裝方式，因而倍受關(guān)注。目前，由于光伏組件一般為藍(lán)色或黑色，當(dāng)這些光伏組件用于同建筑物一體化時(shí)，色彩就顯得比較單調(diào)，和許多建筑物搭配不相協(xié)調(diào)，在建筑外觀設(shè)計(jì)中非常單一，影響了建筑物的美感。近期，人們?yōu)榱耸构夥姵亟M件與建筑結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)更完美的融合，在改變光伏電池組件的顏色上作了一些有益的嘗試和努力，如中國發(fā)明專利申請(qǐng)CN 102194918 A于2011年9月21日公布的一種彩色太陽能電池的制備方法。該發(fā)明專利申請(qǐng)中提及的彩色太陽能電池為傳統(tǒng)的硅電池表面覆有氟化鎂和氧化釔組成的彩色復(fù)合薄膜(介質(zhì)層)；制備方法為選取氟化鎂顆粒和氧化釔顆粒作為蒸發(fā)源，使用電子束蒸發(fā)設(shè)備對(duì)晶體硅電池片的表面進(jìn)行蒸發(fā)鍍膜，從而獲得產(chǎn)物。這種產(chǎn)物雖可用作彩色太陽能電池，卻和其制備方法都存在著不足之處，首先，產(chǎn)物中的氟化物和氧化釔的價(jià)格偏高，使產(chǎn)物的制造成本難以降低，制約了其商業(yè)化的應(yīng)用；其次，制備方法也不能降低制造的成本。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題為克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，提供一種結(jié)構(gòu)合理、實(shí)用的多彩太陽能電池。

本發(fā)明要解決的另一個(gè)技術(shù)問題為提供一種上述多彩太陽能電池的制備方法。

為解決本發(fā)明的技術(shù)問題，所采用的技術(shù)方案為：多彩太陽能電池包括硅襯底和其上的介質(zhì)層，特別是，

所述硅襯底上置有表面形成PN結(jié)的有序硅納米線陣列；

所述組成有序硅納米線陣列的硅納米線的線直徑為50-120nm、線周期為500-1500nm；

所述介質(zhì)層覆于硅納米線上，其為厚1-200nm的氧化硅層，或氟化鎂層，或氧化鋯層，或氧化鋁層，或聚-3己基噻吩有機(jī)半導(dǎo)體層。

作為多彩太陽能電池的進(jìn)一步改進(jìn)：

優(yōu)選地，有序硅納米線陣列中的硅納米線呈六方分布，或正方分布。

優(yōu)選地，硅納米線的線長為500-3000nm。

優(yōu)選地，硅襯底為單晶硅襯底，或多晶硅襯底。

為解決本發(fā)明的另一個(gè)技術(shù)問題，所采用的另一個(gè)技術(shù)方案為：上述多彩太陽能電池的制備方法包括硅襯底的清洗，特別是主要步驟如下：

步驟1，先于硅襯底表面使用納米球模板法或電子束曝光法或納米壓印技術(shù)制作有序掩模，再于表面覆有有序掩模的硅襯底上使用濕法工藝或反應(yīng)離子刻蝕的博世工藝刻蝕出有序納米線陣列，得到其上置有有序硅納米線陣列的硅襯底；

步驟2，先使用擴(kuò)散工藝對(duì)其上置有有序硅納米線陣列的硅襯底進(jìn)行表面摻雜硼(B)元素，再于得到的其上置有表面形成PN結(jié)的有序硅納米線陣列的硅襯底上使用化學(xué)氣相沉積法或電子束蒸發(fā)法或原子層沉積技術(shù)或旋涂法制作介質(zhì)層，得到中間產(chǎn)物；

步驟3，于中間產(chǎn)物上制作電極，制得多彩太陽能電池。

作為多彩太陽能電池的制備方法的進(jìn)一步改進(jìn)：

優(yōu)選地，硅襯底為單晶硅襯底，或多晶硅襯底。

優(yōu)選地，硅襯底的清洗為采用RCA標(biāo)準(zhǔn)清洗。

優(yōu)選地，使用納米球模板法制作有序掩模的過程為，先將單層密排的聚苯乙烯膠體納米球轉(zhuǎn)移至硅襯底的表面后，縮小納米球的直徑到需要的尺寸，再以膠體球模板為掩膜，通過電子束蒸發(fā)設(shè)備于硅襯底的表面蒸發(fā)厚20-30nm的金膜，得到表面覆有有序金掩模的硅襯底。

優(yōu)選地，使用濕法工藝刻蝕出有序納米線陣列的過程為，將表面覆有有序金掩模的硅襯底置于15-25vol％的氫氟酸水溶液中，使用金屬輔助化學(xué)刻蝕技術(shù)刻蝕8-10min，得到其上置有有序硅納米線陣列的硅襯底。

優(yōu)選地，使用化學(xué)氣相沉積法制作氧化硅介質(zhì)層的過程為，將其上置有表面形成PN結(jié)的有序硅納米線陣列的硅襯底置于硅烷流量為20-30sccm、氧氣流量為5-15sccm的混合氣氛中，于200-500℃下10-50min，得到表面形成PN結(jié)的有序硅納米線陣列的表面包覆有氧化硅層。

相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)的有益效果是：

其一，對(duì)制備方法制得的目的產(chǎn)物分別使用掃描電鏡和透射電鏡進(jìn)行表征，由其結(jié)果可知，目的產(chǎn)物為硅襯底上置有表面形成PN結(jié)的有序硅納米線陣列；其中，組成有序硅納米線陣列的硅納米線的線直徑為50-120nm、線周期為500-1500nm，硅納米線上覆有厚1-200nm的氧化硅層，或氟化鎂層，或氧化鋯層，或氧化鋁層，或聚-3己基噻吩有機(jī)半導(dǎo)體層構(gòu)成的介質(zhì)層。有序硅納米線陣列中的硅納米線呈六方分布，或正方分布，硅納米線的線長為500-3000nm。這種由表面形成PN結(jié)的硅納米線的表面包覆有介質(zhì)層的有序陣列組裝于硅襯底上的目的產(chǎn)物，既由于表面形成PN結(jié)的硅原子的光電轉(zhuǎn)換功能；又因有序硅納米線陣列的表面包覆著的介質(zhì)層，而使共振吸收峰的位置發(fā)生了偏移，從而產(chǎn)生出了各種顏色，即當(dāng)介質(zhì)層的厚度分別為1-10nm、20-30nm、40-50nm、55-65nm和70-100nm時(shí)，目的產(chǎn)物的顏色分別對(duì)應(yīng)為粉紅色、金黃色、褚紅色、青紫色和青色；進(jìn)而使目的產(chǎn)物具有了色彩可變的光電轉(zhuǎn)換功能。

二，制備方法簡單、科學(xué)、有效。不僅制得了結(jié)構(gòu)合理、實(shí)用的目的產(chǎn)物——多彩太陽能電池，還使其具有了制造成本低的特點(diǎn)；進(jìn)而使目的產(chǎn)物極易于廣泛地商業(yè)化應(yīng)用于城市中的光伏發(fā)電系統(tǒng)。

附圖說明

圖1是對(duì)制備方法制得的目的產(chǎn)物使用掃描電鏡(SEM)進(jìn)行表征的結(jié)果之一。SEM圖像表明目的產(chǎn)物的表面為有序硅納米線陣列。

圖2是對(duì)制備方法制得的目的產(chǎn)物中的單根納米線使用透射電鏡(TEM)進(jìn)行表征的結(jié)果之一。TEM圖像顯示出組成有序硅納米線陣列的硅納米線的表面覆有介質(zhì)層。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選方式作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。

首先從市場購得或自行制得：

作為硅襯底的單晶硅襯底和多晶硅襯底，并對(duì)其采用RCA標(biāo)準(zhǔn)清洗；

商業(yè)化單分散的直徑為500-1500nm的聚苯乙烯膠體納米球；

氫氟酸水溶液。

接著，

實(shí)施例1

制備的具體步驟為：

步驟1，先于硅襯底表面使用納米球模板法制作有序掩模；其中，硅襯底為單晶硅襯底，使用納米球模板法制作有序掩模的過程為，將單層密排的球直徑為500nm的聚苯乙烯膠體納米球轉(zhuǎn)移至硅襯底的表面后，縮小納米球的直徑到50nm，接著，以膠體球模板為掩膜，通過電子束蒸發(fā)設(shè)備于硅襯底的表面蒸發(fā)厚20nm的金膜，得到表面覆有有序金掩模的硅襯底。再于表面覆有有序金掩模的硅襯底上使用濕法工藝刻蝕出有序納米線陣列；其中，使用濕法工藝刻蝕出有序納米線陣列的過程為，將表面覆有有序金掩模的硅襯底置于15vol％的氫氟酸水溶液中，使用金屬輔助化學(xué)刻蝕技術(shù)刻蝕10min，得到其上置有有序硅納米線陣列的硅襯底。

步驟2，先使用擴(kuò)散工藝對(duì)其上置有有序硅納米線陣列的硅襯底進(jìn)行表面摻雜硼元素。再于得到的其上置有表面形成PN結(jié)的有序硅納米線陣列的硅襯底上使用化學(xué)氣相沉積法制作由氧化硅層組成的介質(zhì)層；其中，使用化學(xué)氣相沉積法制作由氧化硅層組成的介質(zhì)層的過程為，將其上置有表面形成PN結(jié)的有序硅納米線陣列的硅襯底置于硅烷流量為20sccm、氧氣流量為15sccm的混合氣氛中，于200℃下50min，得到中間產(chǎn)物——其上置有表面形成PN結(jié)的有序硅納米線陣列的表面包覆有厚1-10nm的氧化硅層的硅襯底。

步驟3，于中間產(chǎn)物上制作電極，制得近似于圖1和圖2所示的顏色為粉紅色的多彩太陽能電池。

實(shí)施例2

制備的具體步驟為：

步驟1，先于硅襯底表面使用納米球模板法制作有序掩模；其中，硅襯底為單晶硅襯底，使用納米球模板法制作有序掩模的過程為，將單層密排的球直徑為750nm的聚苯乙烯膠體納米球轉(zhuǎn)移至硅襯底的表面后，縮小納米球的直徑到68nm，接著，以膠體球模板為掩膜，通過電子束蒸發(fā)設(shè)備于硅襯底的表面蒸發(fā)厚23nm的金膜，得到表面覆有有序金掩模的硅襯底。再于表面覆有有序金掩模的硅襯底上使用濕法工藝刻蝕出有序納米線陣列；其中，使用濕法工藝刻蝕出有序納米線陣列的過程為，將表面覆有有序金掩模的硅襯底置于18vol％的氫氟酸水溶液中，使用金屬輔助化學(xué)刻蝕技術(shù)刻蝕9.5min，得到其上置有有序硅納米線陣列的硅襯底。

步驟2，先使用擴(kuò)散工藝對(duì)其上置有有序硅納米線陣列的硅襯底進(jìn)行表面摻雜硼元素。再于得到的其上置有表面形成PN結(jié)的有序硅納米線陣列的硅襯底上使用化學(xué)氣相沉積法制作由氧化硅層組成的介質(zhì)層；其中，使用化學(xué)氣相沉積法制作由氧化硅層組成的介質(zhì)層的過程為，將其上置有表面形成PN結(jié)的有序硅納米線陣列的硅襯底置于硅烷流量為23sccm、氧氣流量為13sccm的混合氣氛中，于275℃下40min，得到中間產(chǎn)物——其上置有表面形成PN結(jié)的有序硅納米線陣列的表面包覆有厚20-30nm的氧化硅層的硅襯底。

步驟3，于中間產(chǎn)物上制作電極，制得近似于圖1和圖2所示的顏色為金黃色的多彩太陽能電池。

實(shí)施例3

制備的具體步驟為：

步驟1，先于硅襯底表面使用納米球模板法制作有序掩模；其中，硅襯底為單晶硅襯底，使用納米球模板法制作有序掩模的過程為，將單層密排的球直徑為1000nm的聚苯乙烯膠體納米球轉(zhuǎn)移至硅襯底的表面后，縮小納米球的直徑到85nm，接著，以膠體球模板為掩膜，通過電子束蒸發(fā)設(shè)備于硅襯底的表面蒸發(fā)厚25nm的金膜，得到表面覆有有序金掩模的硅襯底。再于表面覆有有序金掩模的硅襯底上使用濕法工藝刻蝕出有序納米線陣列；其中，使用濕法工藝刻蝕出有序納米線陣列的過程為，將表面覆有有序金掩模的硅襯底置于20vol％的氫氟酸水溶液中，使用金屬輔助化學(xué)刻蝕技術(shù)刻蝕9min，得到其上置有有序硅納米線陣列的硅襯底。

步驟2，先使用擴(kuò)散工藝對(duì)其上置有有序硅納米線陣列的硅襯底進(jìn)行表面摻雜硼元素。再于得到的其上置有表面形成PN結(jié)的有序硅納米線陣列的硅襯底上使用化學(xué)氣相沉積法制作由氧化硅層組成的介質(zhì)層；其中，使用化學(xué)氣相沉積法制作由氧化硅層組成的介質(zhì)層的過程為，將其上置有表面形成PN結(jié)的有序硅納米線陣列的硅襯底置于硅烷流量為25sccm、氧氣流量為10sccm的混合氣氛中，于350℃下30min，得到中間產(chǎn)物——其上置有表面形成PN結(jié)的有序硅納米線陣列的表面包覆有厚40-50nm的氧化硅層的硅襯底。

步驟3，于中間產(chǎn)物上制作電極，制得如圖1和圖2所示的顏色為褚紅色的多彩太陽能電池。

實(shí)施例4

制備的具體步驟為：

步驟1，先于硅襯底表面使用納米球模板法制作有序掩模；其中，硅襯底為單晶硅襯底，使用納米球模板法制作有序掩模的過程為，將單層密排的球直徑為1250nm的聚苯乙烯膠體納米球轉(zhuǎn)移至硅襯底的表面后，縮小納米球的直徑到103nm，接著，以膠體球模板為掩膜，通過電子束蒸發(fā)設(shè)備于硅襯底的表面蒸發(fā)厚28nm的金膜，得到表面覆有有序金掩模的硅襯底。再于表面覆有有序金掩模的硅襯底上使用濕法工藝刻蝕出有序納米線陣列；其中，使用濕法工藝刻蝕出有序納米線陣列的過程為，將表面覆有有序金掩模的硅襯底置于23vol％的氫氟酸水溶液中，使用金屬輔助化學(xué)刻蝕技術(shù)刻蝕8.5min，得到其上置有有序硅納米線陣列的硅襯底。

步驟2，先使用擴(kuò)散工藝對(duì)其上置有有序硅納米線陣列的硅襯底進(jìn)行表面摻雜硼元素。再于得到的其上置有表面形成PN結(jié)的有序硅納米線陣列的硅襯底上使用化學(xué)氣相沉積法制作由氧化硅層組成的介質(zhì)層；其中，使用化學(xué)氣相沉積法制作由氧化硅層組成的介質(zhì)層的過程為，將其上置有表面形成PN結(jié)的有序硅納米線陣列的硅襯底置于硅烷流量為28sccm、氧氣流量為8sccm的混合氣氛中，于425℃下20min，得到中間產(chǎn)物——其上置有表面形成PN結(jié)的有序硅納米線陣列的表面包覆有厚55-65nm的氧化硅層的硅襯底。

步驟3，于中間產(chǎn)物上制作電極，制得近似于圖1和圖2所示的顏色為青紫色的多彩太陽能電池。

實(shí)施例5

制備的具體步驟為：

步驟1，先于硅襯底表面使用納米球模板法制作有序掩模；其中，硅襯底為單晶硅襯底，使用納米球模板法制作有序掩模的過程為，將單層密排的球直徑為1500nm的聚苯乙烯膠體納米球轉(zhuǎn)移至硅襯底的表面后，縮小納米球的直徑到120nm，接著，以膠體球模板為掩膜，通過電子束蒸發(fā)設(shè)備于硅襯底的表面蒸發(fā)厚30nm的金膜，得到表面覆有有序金掩模的硅襯底。再于表面覆有有序金掩模的硅襯底上使用濕法工藝刻蝕出有序納米線陣列；其中，使用濕法工藝刻蝕出有序納米線陣列的過程為，將表面覆有有序金掩模的硅襯底置于25vol％的氫氟酸水溶液中，使用金屬輔助化學(xué)刻蝕技術(shù)刻蝕8min，得到其上置有有序硅納米線陣列的硅襯底。

步驟2，先使用擴(kuò)散工藝對(duì)其上置有有序硅納米線陣列的硅襯底進(jìn)行表面摻雜硼元素。再于得到的其上置有表面形成PN結(jié)的有序硅納米線陣列的硅襯底上使用化學(xué)氣相沉積法制作由氧化硅層組成的介質(zhì)層；其中，使用化學(xué)氣相沉積法制作由氧化硅層組成的介質(zhì)層的過程為，將其上置有表面形成PN結(jié)的有序硅納米線陣列的硅襯底置于硅烷流量為30sccm、氧氣流量為5sccm的混合氣氛中，于500℃下10min，得到中間產(chǎn)物——其上置有表面形成PN結(jié)的有序硅納米線陣列的表面包覆有厚70-100nm的氧化硅層的硅襯底。

步驟3，于中間產(chǎn)物上制作電極，制得近似于圖1和圖2所示的顏色為青色的多彩太陽能電池。

再分別選用作為硅襯底的單晶硅襯底或多晶硅襯底，以及于硅襯底表面使用納米球模板法或電子束曝光法或納米壓印技術(shù)制作有序掩模，于表面覆有有序掩模的硅襯底上使用濕法工藝或反應(yīng)離子刻蝕的博世工藝刻蝕出有序納米線陣列，使用擴(kuò)散工藝對(duì)其上置有有序硅納米線陣列的硅襯底進(jìn)行表面摻雜硼元素，于得到的其上置有表面形成PN結(jié)的有序硅納米線陣列的硅襯底上使用化學(xué)氣相沉積法或電子束蒸發(fā)法或原子層沉積技術(shù)或旋涂法制作由氧化硅層或氟化鎂層或氧化鋯層或氧化鋁層或聚-3己基噻吩有機(jī)半導(dǎo)體層構(gòu)成的介質(zhì)層，于得到的其上置有表面形成PN結(jié)的有序硅納米線陣列的表面包覆有介質(zhì)層的硅襯底上制作電極，同樣制得了如或近似于圖1和圖2所示的多彩太陽能電池。

顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明的多彩太陽能電池及其制備方法進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若對(duì)本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。