[发明专利]基于刻蚀技术的SIS结太阳能电池

说明书

技术领域

本发明涉及半导体光伏器件技术领域，尤其涉及一种基于刻蚀技术的SIS(semiconductor-insulator-semiconductor)结太阳能电池。

背景技术

太阳能电池可以直接将太阳光能转变成电能，解决目前全球面临的能源危机，因此构造低成本、高效率的太阳能电池成为国内外光伏行业的研究重点。目前具有单个或多个PN结结构的半导体太阳能电池已经广泛应用航天、军事、卫星、景观照明和家庭用电等技术领域。

太阳能电池利用了材料的光伏特效应，即器件暴露在光线下时产生电压的现象。目前常用的太阳能电池多由半导体材料制成，采用PN结结构或肖特基势垒结构，该肖特基势垒结构包括金属-绝缘体-半导体(metal-insulator-semiconductor，MIS)结和SIS结电池结构。单个PN结结构可以实现较高的转换效率，但电池制作工艺复杂，成本较高；肖特基势垒太阳能电池制作工艺简单，但转换效率较低，应用范围较小。因此，构造一种工艺简单的新结构高效太阳能电池是其能够被广泛应用的关键。

肖特基势垒太阳能电池因为其简单的工艺，一直被人们所研究，近几年SIS电池成为研究的热点之一。文献1：“V.M.Botnaryuk，L.V.Gorchak，et al，Tech.Phys.43(5)(1998)546-9”和文献2：“O.Malik，F.J.De laHidalga-W，et al，Journal of Non-Crystalline Solids 354(2008)2472-2477”报道了利用氧化铟锡(Indium-Tin Oxide，ITO)制作的不同半导体材料的SIS结太阳能电池，其中采用单晶Si材料为光吸收层的太阳能电池，工艺简单，利于生产，但目前实现的效率一般在15％-16％之间，相对单个PN结要低很多，限制了其应用范围。对比单晶硅PN结太阳能电池和SIS结太阳能电池可发现，SIS结电池上表面没有成功的引入陷光结构，仅依靠作为电极的透明导电薄膜充当抗反射涂层，且因为肖特基势垒分离载流子能力比较弱，载流子扩散长度短，所以SIS结太阳能电池的光生电流明显低于PN结电池光生电流，如何提高SIS结电池光生电流是促进该机构电池广泛应用的关键问题。

综上所述，相对于PN结太阳能电池，SIS结太阳能电池具有生产工艺简单，成本较低的优势，但输出效率较低。借助于现有生产手段，引入一些有效的表面陷光结构同时提高载流子抽取能力，将有利于增加电池光生电流和转换效率，从而使SIS结太阳能电池在未来的市场竞争中处于有利的地位。

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种基于刻蚀技术的SIS结太阳能电池，以解决目前SIS结太阳能电池转化效率低的问题，达到提高电池光学吸收和载流子抽取能力的目的。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供了一种基于刻蚀技术的SIS结太阳能电池，包括：

一下电极10；

一光吸收材料层20，该光吸收材料层20制作在下电极10上；通过刻蚀技术，在光吸收材料层20上制作微米尺寸不同周期和深度的一维条型结构或二维柱形结构；

一氧化物绝缘层30，该氧化物绝缘层30通过化学方法氧化光吸收材料层20形成；

一TCO薄膜层40，该TCO薄膜层40沉积在氧化物绝缘层30上；

一上图形电极50，该上图形电极50制作在TCO薄膜层40上；以及

一纳米颗粒60，该纳米颗粒60放置在TCO薄膜层40上。

上述方案中，所述光吸收材料层20为P型单晶半导体材料或N型单晶半导体材料。所述光吸收材料层20采用单晶Si材料。

上述方案中，所述光吸收材料层20上表面的微米尺寸一维条型结构或二维柱形结构是通过光刻和刻蚀技术实现的，一维条型结构周期为10至30微米，刻蚀深度为20至50微米；二维柱形结构直径为5至10微米，高度为20至50微米。

上述方案中，所述氧化物绝缘层30的厚度为1nm。

上述方案中，所述TCO薄膜层40为宽带隙透明导电材料。

上述方案中，所述TCO薄膜层40采用的材料为SnO₂、In₂O₃、ZnO或ITO。

上述方案中，所述纳米颗粒60为金属或绝缘体，颗粒尺寸为500-900nm。所述金属为Ag或Au，所述绝缘体为Al₂O₃。