[发明专利]一种具有立体微结构阵列的太阳能电池

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能电池技术领域，特别是太阳能电池的立体微结构pn结。

背景技术

能源问题和环境问题是制约人类社会可持续发展的两大瓶颈问题，因而在环境愈加恶化、资源日益紧缺、科技日新月异的今天，利用清洁、可再生能源的研究成为了热点。太阳能电池作为新型可再生清洁能源的重要载体，应用前景深远，吸引了国际学术界和工程界的广泛关注。

为了提高太阳能电池的转换效率，研究者们从新型光伏材料的开发、器件结构的探索乃至整个系统集成等方面进行了广泛研究。在光伏材料的研究中，从多晶硅、非晶硅、                                                -族化合物到碲化镉、铜铟镓锡等带隙可调光伏材料的研究逐渐取代单晶硅，成为光伏材料的研究热点，但这些光伏材料多存在成本高、材料稀缺、工艺有毒等问题，应用推广受限；在电池结构探索中，燃料敏化太阳能电池、量子点电池、层叠结构薄膜太阳能电池等新结构电池成为研究热点，其中染料敏化电池和量子点电池是通过结构特点增强光吸收率，层叠结构太阳能电池是通过光伏材料带隙调控来增加光吸收率，其中层叠结构太阳能电池的转换效率纪录不断被刷新，但由于多层工艺复杂、多元体系光伏材料质量和稳定性差、成本过高等原因，大面积应用研究还有待进一步深入。在系统集成的研究中，采用聚光镜技术构建太阳能电池系统，将太阳光通过透镜收集起来，是一种提高光吸收率的可行办法，但增加了太阳能电池的组件，涉及到复杂的工艺和高的成本。

因此，探索最大限度提高光电转换效率，降低成本的新材料、新结构，对太阳能电池的应用发展具有重要意义。

针对太阳能电池的转换效率不高的问题，本发明提出构建立体结构pn结太阳能电池，对pn结太阳能电池进行了结构优化，以有效提高太阳能电池的转换效率。

发明内容

本发明解决的问题是通过一种结构优化的方法提高太阳能电池的载流子输运能力和光吸收率，以提高太阳能电池转换效率。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案为：

一种具有立体微结构阵列的太阳能电池，包括基底，位于基底上的P型层，复合在P型层上的高透光率N型层，以及位于N型层上的透明电极，所述P型层薄膜表面具有立体微结构阵列，所述立体微结构阵列为规则排列的凸起结构，所述立体微结构阵列与N型层复合形成立体微结构pn结阵列。

进一步的，所述立体微结构凸起的高度为1-2微米，立体微结构阵列凸起的底座大小为1-2微米，立体微结构阵列凸起相邻之间的距离为1-2微米。

进一步的，所述立体微结构阵列的凸起可为梯形体、立方体或半球体。

一种具有立体微结构的太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：提供一基底，并在基底表面印刷或刻蚀形成立体微结构；在基底表面生长P型层，形成表面具有立体微结构阵列的P型层；在P型层上形成高透光率N型层，构建成具有立体微结构pn结阵列的太阳能电池。

进一步的，所述P型层材料为晶体硅或氧化铜，所述N型层材料为氧化锌或石墨烯。

与现有技术相比，本发明技术方案的优点在于：

通过将太阳能电池中的P型层薄膜设计成具有立体微结构阵列，并与N型层构成具有立体微结构阵列的太阳能电池，从而提高pn结的有效面积，增大光伏薄膜与太阳光的接触面，同时减少光反射，进而提高太阳能电池的载流子输运、收集能力和光吸收率，达到提高光电转换效率的效果。

附图说明

图1 为本发明具有立体微结构的太阳能电池的截面示意图。

图2为本发明所述立体微结构的示意图。

具体实施方式

本发明的发明人发现现有的太阳能电池中，为了减少太阳光的反射，一般会在晶体硅表面（也就是太阳能电池表面）形成绒面，但绒面一般是通过化学腐蚀的方法制作，其尺寸比较大，这虽然在一定程度减少了光反射，但不仅增加了后期硅表面电极的制备难度，也提高膜层缺陷率，引起表面载流子的复合率增加，最终影响太阳能电池的转化效率的提高。 

本发明的发明人发现现有pn结电池中，将增强载流子输运能力与光吸收率分开，为了提高载流子输运能力，采用纳米材料来增加pn结有效面积，但没有质的突破；为了增加光吸收，一种途径是调节光伏材料带隙，另一种途径是在晶体硅表面形成绒面，但绒面一般是通过化学腐蚀的方法制作，其尺寸比较大，这不但增加了后期硅表面电极的制备难度，也增加了表面载流子的复合，不利于载流子收集，反而影响其转化效率的提高。