一種熱載流子太陽電池的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于太陽電池領域，涉及太陽電池的結構設計及制備技術。
【背景技術】
[0002]熱載流子太陽電池是澳大利亞新南威爾士大學的Martin Green所提的第三代太陽電池的一種，其最高理論轉(zhuǎn)化效率可達80%以上，具有美好的前景。其基本工作原理是將光激發(fā)所產(chǎn)生的高能載流子在其與晶格熱碰撞損失以前收集起來，以達到高效利用的目的。但實際情況是從光激發(fā)產(chǎn)生高能載流子到晶格碰撞熱損失之間的時間非常短暫，只有皮秒量級，導致對器件結構提出了一些非常特殊的要求，所以到目前為止并未有合理有效的器件結構被發(fā)明出來，只有一些初步的理論研究結果。
[0003]本發(fā)明從熱載流子太陽電池的基本工作原理出發(fā)，結合先進的金屬等離子激元、金屬-半導體勢皇、納米復合結構等理念與理論，發(fā)明了一種結構簡單、性能優(yōu)異的熱載流子太陽電池結構，并設計了其核心部分的制備技術路線。使得熱載流子太陽電池理念的實現(xiàn)成為了可能，為太陽電池及半導體器件的發(fā)展提供了一條新的思路。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提出一種熱載流子太陽電池。本發(fā)明結合多種新型半導體及金屬材料和器件的理念和理論，設計一種結構合理，性能優(yōu)異的熱載流子太陽電池結構，并設計其核心部分的制備技術路線，使得該先進太陽電池的實現(xiàn)成為可能，從而進一步提高太陽電池的轉(zhuǎn)化效率，為太陽電池應用的普及貢獻力量。
[0005]本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的。
[0006]一種熱載流子太陽電池，包括透光材料層、透明導電薄膜層、多孔狀半導體材料薄膜層、多孔狀半導體薄膜中填充的金屬材料、金屬電極層，從迎光面開始，器件結構依次為:透光材料層、透明導電薄膜層、金屬電極層；多孔狀半導體材料薄膜層填充了金屬材料。
[0007]本發(fā)明所述的多空狀半導體材料薄膜層由中、寬帶隙可傳導電子的疏松多孔狀半導體薄膜構成；多空狀半導體材料薄膜層的制備方法可為濕法化學法或者化學氣相沉積法。
[0008]本發(fā)明所述的多孔狀半導體薄膜的厚度在10納米-100微米范圍內(nèi)。
[0009]本發(fā)明所述的多孔狀半導體材料薄膜層填充的金屬材料優(yōu)選銀或金。其與金屬電極的材料可為同一種材料，例如銀或者金；也可為不同種的材料，例如多孔狀半導體材料薄膜層填充銀，金屬電極用金。
[0010]本發(fā)明的有益效果:發(fā)明了一種結構簡單、具有明顯熱載流子效應的熱載流子太陽電池結構，并設計了其核心部分的制備技術路線。使得熱載流子太陽電池理念的實現(xiàn)成為了可能，為太陽電池及半導體器件的發(fā)展提供了一條新的思路。
【附圖說明】
[0011]附圖1是本發(fā)明所提及的熱載流子太陽電池的主要結構示意圖。其中，I為透光材料層；2為透明導電薄膜層；3為多孔狀半導體材料薄膜層；4為多孔狀半導體薄膜中填充的金屬材料；5為金屬電極層。
【具體實施方式】
[0012]本發(fā)明將結合附圖，通過以下實施例作進一步說明。
[0013]實施例1。
[0014]以銀作為多孔狀半導體薄膜中填充的金屬和金屬電極材料。
[0015]附圖1中所示1~5部分分別采用以下材料構成:
1、透光材料層:高透過率玻璃，作為透光材料層(也是基底支撐材料)。
[0016]2、透明導電薄膜層:FT0薄膜，作為透明導電薄膜層。
[0017]3、多孔狀半導體材料薄膜層:二氧化鈦薄膜，以200~500納米粒徑的二氧化鈦粉末在FTO玻璃上壓實并加熱固化而成疏松多孔狀半導體材料薄膜層，厚度I微米。
[0018]4、納米銀顆粒及納米銀薄膜填充金屬，采用化學浴的方法在多孔狀半導體材料薄膜層的孔洞中沉積連續(xù)或不連續(xù)的納米銀顆粒。
[0019]5、金屬電極層:在多孔狀半導體材料薄膜層的表面采用熱蒸發(fā)法沉積一層銀薄膜層作為金屬電極電極。
[0020]實施例2。
[0021]以銀作為多孔狀半導體薄膜中填充的金屬，金作為金屬電極材料。
[0022]附圖1中所示1~5部分分別采用以下材料構成。
[0023]1、透光材料層:高透過率玻璃，作為透光材料(也是基底支撐材料)。
[0024]2、透明導電薄膜層:FT0薄膜，作為透明導電薄膜材料。
[0025]3、多孔狀半導體材料薄膜層:氧化鋅薄膜，以200~500納米粒徑的氧化鋅粉末在FTO玻璃上壓實并加熱固化而成疏松多孔狀半導體材料薄膜層，厚度100微米。
[0026]4、納米銀填充金屬，采用化學浴的方法在孔洞中沉積納米銀顆粒及氧化鋅表面的納米銀薄膜。
[0027]5、金電極，在上述膜片的表面采用濺射法沉積一層金薄膜作為金屬電極。
[0028]實施例3。
[0029]以銀作為多孔狀半導體薄膜中填充的金屬，金作為金屬電極材料。
[0030]附圖1中所示1~5部分分別采用以下材料構成。
[0031]1、透光材料層:高透過率玻璃，作為透光材料(也是基底支撐材料)。
[0032]2、透明導電薄膜層:ΙΤ0薄膜，作為透明導電薄膜材料。
[0033]3、多孔狀半導體材料薄膜層:二氧化鈦薄膜，以溶膠凝膠法在ITO玻璃表面形成一層孔洞半徑在10納米量級的厚度為100納米的二氧化鈦薄膜。
[0034]4、鋁填充金屬，采用化學氣相沉積的方法在孔洞中沉積納米鋁顆粒。
[0035]5、鉑電極，在上述膜片的表面采用濺射法沉積一層鉑薄膜作為金屬電極。
【主權項】
1.一種熱載流子太陽電池，其特征是包括透光材料層、透明導電薄膜層、多孔狀半導體材料薄膜層、多孔狀半導體薄膜中填充的金屬材料、金屬電極層；從迎光面開始，器件結構依次為:透光材料層、透明導電薄膜層、金屬電極層；多孔狀半導體材料薄膜層填充了金屬材料。2.根據(jù)權利要求1所述的熱載流子太陽電池，其特征是所述的多空狀半導體材料薄膜層由中、寬帶隙可傳導電子的疏松多孔狀半導體薄膜構成。3.根據(jù)權利要求1所述的熱載流子太陽電池，其特征是所述的多孔狀半導體薄膜的厚度在10納米-100微米范圍內(nèi)。4.根據(jù)權利要求1所述的熱載流子太陽電池，其特征是所述的多孔狀半導體材料薄膜層填充的金屬材料為銀或金。5.根據(jù)權利要求1所述的熱載流子太陽電池，其特征是所述的多孔狀半導體材料薄膜層填充的金屬材料與金屬電極的材料為同一種材料或不同種的材料。
【專利摘要】一種熱載流子太陽電池，其特征是包括透光材料層、透明導電薄膜層、多孔狀半導體材料薄膜層、多孔狀半導體薄膜中填充的金屬材料、金屬電極層；從迎光面開始，器件結構依次為：透光材料層、透明導電薄膜層、金屬電極層；多孔狀半導體材料薄膜層填充了金屬材料。本發(fā)明結合先進的金屬等離子激元、金屬-半導體勢壘、納米復合結構等理念與理論，提出了一種結構簡單、性能優(yōu)異的熱載流子太陽電池結構，使得熱載流子太陽電池理念的實現(xiàn)成為了可能，為太陽電池及半導體器件的發(fā)展提供了一條新的思路。
【IPC分類】H01L31/07, H01L31/04
【公開號】CN105428436
【申請?zhí)枴緾N201510813912
【發(fā)明人】黃海賓, 岳之浩, 周浪
【申請人】南昌大學
【公開日】2016年3月23日
【申請日】2015年11月23日