硅納米柵線的石墨烯電極太陽能電池的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于太陽能電池領域，尤其是一種硅納米柵線的石墨烯電極太陽能電池，可用于光伏發(fā)電。
【背景技術】
[0002]近年來，我國的光伏產業(yè)發(fā)展速度驚人，產量已經(jīng)穩(wěn)居全球第一。目前太陽能電池研宄主要集中在如何提高電池光電轉換效率，優(yōu)化柵線和電極結構與工藝是提高太陽能電池效率的重要技術方向之一。
[0003]光學損失是限制太陽能電池轉換效率提高的主要障礙，目前大多數(shù)太陽能電池采用金屬作為柵線和電極，剖面結構如圖2所示。其由增透膜1、正面金屬接觸電極2、金屬柵線層3、P型非晶硅層4、本征非晶硅層5、N型硅襯底6、金屬背電極7組成，其中增透膜1、金屬柵線層3、P型非晶硅層4、本征非晶硅層5、N型硅襯底6、金屬背電極5依次自頂向下層疊，正面金屬接觸電極2位于P型非晶硅層4上，圍繞在金屬柵線層3周圍，并與柵線連接。正面金屬接觸電極2和金屬背電極7均為金屬Pb、Au組成的多層金屬電極。由于金屬柵線會反射和遮擋入射光，減小了太陽能電池表面有效受光面積通，常情況下，柵線遮擋面積約占太陽能電池有效受光面積的10-15%，影響電池對光的利用率。同時由于光電子由金屬柵線向電極轉移的過程中，易造成電子空穴對的復合，進一步降低電極對光電子的收集和利用率，難以獲得較高的轉換效率。
【實用新型內容】
[0004]本實用新型的目的在于針對現(xiàn)有技術的不足，提出一種硅納米柵線的石墨烯電極太陽能電池，以降低硅襯底表面的光反射率，提高太陽能電池對光子的吸收和利用。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型提出的硅納米柵線的石墨烯電極太陽能電池，自上而下包括增透膜1、柵線層3、p型非晶硅層4、本征非晶硅層5、N型硅襯底6和背面電極7，柵線層3的周圍設有正面電極2 ;該正面電極2與柵線連接，且上面設有金屬接觸電極8，其特征在于:柵線層3由相互交叉堆疊的硅納米線構成，正面電極2和背面電極7采用多層石墨稀材料。
[0006]作為優(yōu)選，所述的增透膜I采用ITO氧化銦錫透明導電薄膜或TCO氧化物鍍膜玻璃。
[0007]作為優(yōu)選，所述的正面電極2和背面電極7采用的多層石墨烯材料厚度為100_200nmo
[0008]作為優(yōu)選，所述的每根娃納米線的直徑為40-80nm，長度為20_40 μπι。
[0009]作為優(yōu)選，所述的所述P型非晶硅層4、本征非晶硅層5厚度均為10-15nm。
[0010]作為優(yōu)選，所述的所述N型硅襯底6的厚度為200-400 μ m。
[0011]本實用新型與現(xiàn)有技術相比，有如下優(yōu)點:
[0012]1.太陽能電池采用硅納米線材料制作柵線，利用納米線結構巨大的比表面積增大電池的受光面積；
[0013]2.太陽能電池采用硅納米線材料制作柵線作為輸送載流子的通道，極大的提高了載流子的收集效率，從而提高太陽能電池光電轉換效率；
[0014]3.采用多層石墨烯作為電極代替較厚的貴金屬電極，能大幅度降低生產成本。
【附圖說明】
[0015]圖1是本實用新型的剖面結構示意圖。
[0016]圖2是現(xiàn)有器件的剖面結構示意圖。
【具體實施方式】
[0017]參照圖1，本實用新型給出如下三實施例:
[0018]實施例1:
[0019]本實例的太陽能電池由增透膜1、正面電極2、柵線層3、P型非晶硅層4、本征非晶硅層5、N型硅襯底6、背面電極7和金屬接觸電極8組成。其中增透膜1、柵線層3、P型非晶硅層4、本征非晶硅層5、N型硅襯底6、背面電極7依次自頂向下層疊排列，正面電極2位于P型非晶硅層4上，且圍繞在柵線層3的周圍，并與柵線連接；金屬接觸電極8設置在正面電極2上。其中，所述增透膜1，采用ITO氧化銦錫透明導電薄膜；所述柵線層3，由相互交叉堆疊的娃納米線構成，其中每根娃納米線的直徑為40nm，長度為20 μ m ;所述P型非晶娃層4和本征非晶娃層5的厚度均為1nm ;所述N型娃襯底6厚度為200 μ m ;所述正面電極2和背面電極7采用厚度均為10nm的多層石墨稀材料。
[0020]實施例2:
[0021]本實例的太陽能電池結構與實施例1相同。其參數(shù)變化如下:
[0022]每根硅納米線的直徑為60nm，長度為30 μ m ;P型非晶硅層4、本征非晶硅層5厚度均為13nm ；N型硅襯底6厚度為300 μm ;正面電極2和背面電極7采用厚度均為150nm的多層石墨稀材料。
[0023]實施例3:
[0024]本實例的太陽能電池結構與實施例1相同。其參數(shù)變化如下:
[0025]每根硅納米線的直徑為80nm，長度為40 μ m ;P型非晶硅層4、本征非晶硅層5厚度均為15nm ；N型硅襯底6厚度為400 μm ;正面電極2和背面電極7采用厚度均為200nm的多層石墨稀材料。
[0026]本實用新型的制備步驟如下:
[0027]第一步，清洗厚度為200-400 μπι的N型硅襯底6。
[0028]第二步，加熱濃度為15% — 30%的KOH溶液至65_70°C，浸泡N型硅襯底6去除其表面機械損傷。
[0029]第三步，采用等離子體增強化學氣相沉積PECVD在N型硅襯底6上淀積厚度10-15nm的本征非晶娃層5。
[0030]第四步，采用等離子體增強化學氣相沉積PECVD在本征非晶硅層5上淀積厚度10-15nm的P型非晶硅層4。
[0031]第五步，另取一塊硅襯底a在其上生長硅納米線并用溶液轉移至P型非晶硅4上，形成娃納米線層，其中每根娃納米線的直徑為40_80nm，長度為20-40 μπι。
[0032]第六步，對轉移有硅納米線層的樣品依次進行涂膠、勻膠、曝光、顯影處理，形成電極圖形。
[0033]第七步，將經(jīng)過摻雜的厚度為100_200nm的多層石墨烯材料置于的電極圖形上，并將樣片置于丙酮溶液中進行剝離，形成正面電極2。
[0034]第八步，將經(jīng)過摻雜的厚度為100-200nm的多層石墨稀材料置于N型娃襯底6背面，并將樣片置于丙酮溶液中進行剝離，形成背面電極7。
[0035]第九步，在柵線層所在區(qū)域采用磁控濺射沉積ITO氧化銦錫透明導電薄膜形成增透膜I。
[0036]第十步，在該樣片表面電子束蒸發(fā)金屬Pb和金屬Au，再對金屬進行光刻在石墨稀正面電極上形成金屬接觸圖形，并在850_950°C下進行快速熱退火工藝，形成金屬接觸電極8 ;至此一種娃納米柵線的石墨稀電極太陽能電池制備完成。
[0037]本實用新型降低了電池表面對光的反射損失，提高載流子的收集效率；同時由于采用多層石墨烯作為電極代替較厚的貴金屬電極，可以大幅度降低生產成本。
【主權項】
1.一種硅納米柵線的石墨烯電極太陽能電池，自上而下包括增透膜(1)、柵線層(3)、P型非晶硅層(4)、本征非晶硅層(5)、N型硅襯底(6)和背面電極(7);柵線層(3)的周圍設有正面電極(2)，正面電極(2)的上面設有金屬接觸電極(8)，該正面電極(2)與柵線連接，其特征在于:柵線層(3)采用相互交叉堆疊的硅納米線結構，正面電極(2)和背面電極(7)采用多層石墨烯材料。
2.根據(jù)權利要求1所述的硅納米柵線的石墨烯電極太陽能電池，其特征在于:每根硅納米線的直徑為40-80nm，長度為20-40 μ m。
3.根據(jù)權利要求1所述的硅納米柵線的石墨烯電極太陽能電池，其特征在于:正面電極(2)和背面電極(7)采用的多層石墨烯材料的厚度均為100-200nm。
4.根據(jù)權利要求1所述的硅納米柵線的石墨烯電極太陽能電池，其特征在于:所述P型非晶硅層(4)、本征非晶硅層(5)的厚度均為10-15nm。
5.根據(jù)權利要求1所述的硅納米柵線的石墨烯電極太陽能電池，其特征在于:所述N型硅襯底(6)的厚度為200-400 μ m。
6.根據(jù)權利要求1所述的硅納米柵線的石墨烯電極太陽能電池，其特征在于:所述的增透膜(I)采用ITO氧化銦錫透明導電薄膜或TCO氧化物鍍膜玻璃。
【專利摘要】本實用新型給公開了一種硅納米柵線的石墨烯電極太陽能電池。自上而下包括增透膜(1)、柵線層(3)、P型非晶硅層(4)、本征非晶硅層(5)、N型硅襯底(6)和背面電極(7)；柵線層(3)的周圍設有正面電極(2)，正面電極(2)的上面設有金屬接觸電極(8)，該正面電極(2)與柵線連接。其中正面電極(2)和背面電極(7)采用厚度為100-200nm的多層石墨烯材料，柵線層(3)由相互交叉堆疊的硅納米線構成，每根納米線直徑為40-80nm，長度為20-40μm。本實用新型能夠降低太陽能電池表面對光的反射損失，提高了載流子的收集效率，降低了生產成本，可用于光伏發(fā)電。
【IPC分類】B82Y40-00, B82Y30-00, H01L31-075, H01L31-0224
【公開號】CN204315608
【申請?zhí)枴緾N201520041807
【發(fā)明人】張治 , 郭輝, 黃海栗, 苗東銘, 胡彥飛, 張玉明
【申請人】中電投西安太陽能電力有限公司
【公開日】2015年5月6日
【申請日】2015年1月21日