[发明专利]用纳米/微球光刻制造纳米/微线太阳能电池

说明书

分案申请说明

本申请是于2010年6月1日提交的PCT国际申请PCT/US2010/036920的名称为“用纳米/微球光刻制造纳米/微线太阳能电池”的中国国家阶段申请(国家申请号：201080018567.1)的分案申请。

技术领域

本发明涉及太阳能电池，并且更特别地，涉及用于制造基于纳米线/微线(microwire)的太阳能电池的技术。

背景技术

对太阳能电池的广泛使用的主要障碍是生产太阳能电池的高成本，通常几乎一半的生产成本用于获取起始太阳能等级硅(Si)晶片(其必须符合某个最小厚度)。虽然Si被广泛地用作太阳能材料，但Si因为其间接带隙而具有长吸收长度。例如，需要100微米(μm)厚的Si晶片来吸收90％的高于1.12电子伏特(eV)带隙的太阳能。参见例如B.M.Kayes等人的“Comparison of the Device Physics Principles of Planar and Radial p-n Junction Nanorod Solar Cells，”J.Appl.Phys.，vol.97，114302(2005)(以下称为“Kayes”)。

备选地，可以使用较低成本的材料，诸如冶金等级多晶Si或者多结晶Si。例如，在2007年，冶金等级Si每千克(kg)花费约2美元，而高品质太阳能等级Si衬底每kg花费约20美元。参见例如USGS，Silicon：USGS Mineral Commodity Summaries，January2008。然而，这些较低成本的材料通常由于存在许多杂质和晶界而具有非常短的少数载流子寿命(并且因此具有短的扩散长度)。这种不利特性严重限制了电池效率。

规避这种问题的一种方式是寻求这些较低成本材料中的效率提高。对效率提高的有希望的途径是在水平方向而不是垂直方向引导载流子汇集。这种方案可以在圆柱形p-n结配置中实现，该圆柱形p-n结配置由于汇集在径向方向中发生，所以允许针对短扩散长度材料的更高效的载流子汇集。参见例如描述纳米柱太阳能电池的Kayes。然而，遗憾地是，用于生产纳米等级太阳能器件的传统技术受限于低产量并因此对于大规模商业实现可能过于昂贵。

因此，需要降低生产成本并且增加产量的改进的太阳能电池制造技术。

发明内容

本发明提供了用于制造基于纳米线/微线的太阳能电池的技术。在本发明的一个方面中，提供了用于制造太阳能电池的方法。该方法包括以下步骤。提供掺杂衬底。在该衬底上沉积单层球体。该球体包括纳米球、微球或其组合。修整该球体以在单层的单独球体之间引入空间。修整后的球体被用作掩模以对该衬底中的接线进行图案化。该接线包括纳米线、微线或其组合。在图案化的接线上形成掺杂发射极层。在该发射极层之上沉积顶部接触电极。在该衬底的与该接线相反的一侧上沉积底部接触电极。

通过参考以下详细描述和附图，将会获得对本发明的更完全理解以及本发明的进一步的特征和优点。

附图说明

图1图示了根据本发明的一个实施方式的示例性圆柱形p-n结配置的示意图；

图2-图9是图示了根据本发明的一个实施方式的，用于制造基于纳米线和/或微线的太阳能电池的示例性方法的示图；

图10是图示了根据本发明的一个实施方式的通过扩散形成发射极层的示图；

图11是图示了根据本发明的一个实施方式的通过沉积形成发射极层的示图；

图12是根据本发明的一个实施方式的与纳米球直径和等离子体蚀刻时间有关的图表；

图13A是根据本发明的一个实施方式的使用纳米球掩模进行图案化的示例性纳米线阵列的由上向下扫描电子显微(SEM)图像；

图13B是根据本发明的一个实施方式的使用纳米球掩模进行图案化的示例性纳米线阵列的横截面SEM图像；

图13C是根据本发明的一个实施方式的图13B的图像的一部分的放大横截面SEM图像；

图14是根据本发明的一个实施方式的具有通过扩散磷旋涂掺杂剂源在纳米线阵列上形成的发射极层的太阳能电池的横截面SEM图像；

图15是根据本发明的一个实施方式的具有通过在纳米线阵列上溅射氧化锌(ZnO)层而形成的n型射极层的太阳能电池的横截面SEM图像；

图16A是图示了根据本发明的一个实施方式的图14的太阳能电池的电特性的图表；