[发明专利]硅基微纳光伏结构及其光子制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及光子材料与器件制备技术领域，尤其是一种硅基微纳光伏结构及其光子制备方法。

背景技术

目前，我们正处于后信息时代，其特点是由电子信息阶段过渡到光子信息阶段，现在已经完成以光子为信息载体的转换过程，如已经实现全光的光纤通信和光通信。当今的发展进入用激光在硅基芯片上制备各种微纳结构从而制造新型光子材料与器件的新阶段。

太阳能是大自然赠予地球人最环保与最有效的能源，建立在硅材料上的太阳能电池是目前转换和利用太阳能的主要手段。降低太阳能电池的制造成本和提高太阳能电池的转换效率是人类实现大规模利用太阳能的发展要解决的关键问题，目前用传统方法在硅材料制造出的单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池和非晶硅太阳能电池上存在成本较高和效率较低的缺陷，严重制约太阳能的大规模利用。

发明内容

本发明的目的是：提供一种硅基微纳光伏结构及其光子制备方法，该结构应用作为太阳能电池具有很好的紫外亮场I-V特性，宽带吸光功能及其较高的光电转换效率，且生产方法简单，成本低廉。

本发明是这样实现的：硅基微纳光伏结构，包括P型层，在P型层的上表面制备有N型层，N型层的上表面为均匀的微米级凸起结构；在P型层的底部连接有正电极，在N型层的侧面连接有负电极。

所述的微米级凸起结构为三角形凸起、圆弧形凸起、菱形凸起或圆锥形凸起。

所述的微米级凸起结构的凸起高度为0.1-10微米。

硅基微纳光伏结构的制备方法，包括如下步骤：

1)预处理：对单晶硅片进行P型掺杂，形成电阻率2～20欧·厘米的硅片，清洗除去硅表面的氧化硅层；

2)将硅片置于真空腔样品台上进行脉冲激光刻蚀，利用纳秒光子作用产生等离子体激元阵列在进行了P型掺杂的单晶硅片上制备N型表面结构；采用在真空、氧掺杂或氮掺杂氛围下的加工；用脉冲激光沉积法进行硅封顶后，获得上表面具有均匀的微米级凸起结构的N型层(3)，完成PN层的加工；

3)在氩气中进行高温退火，退火温度为1000℃，后完成晶化过程，制备内部纳晶结构；

4)分别采用ITO镀膜以及镀金或镀铝并封装，分别制备获得正电极及负电极。

用于脉冲激光刻蚀的纳秒脉冲激光束为波长355纳米的紫外激光、激光重复率为1000～6000次/秒、脉宽60～100纳秒。

纳秒脉冲激光的刻蚀过程中的线扫描和点扫描运作的行间距为100-300微米、扫描与停留时间为分别为2-6秒/厘米和1-3秒。

步骤2)所述的真空的真空度为10^-5Pa，所述的氧或氮掺杂氛围的压力为10Pa。

由于采用了以上技术方案，本发明的产品具有表面微米尺度的凸起结构和内部纳米结构，并形成PN层结构，其中利用纳秒光子作用产生等离子体阵列制备出的准周期表面结构的光吸收率超过90％以上，并具有很好的N型层特性，具有很好的亮场I-V特性，与P型层衬底结合构建很好的PN层结构，其PN层结构的正反向特性鲜明；上下面镀上电极封装后制造出新型的宽带谱硅基太阳能电池具有很好的紫外亮场I-V特性，宽带吸光功能及其较高的光电转换效率(超15％)，它是全新的脉冲光子制造方法，具备稳定可靠、简洁巧妙、成本低、易于产业化和较高转换效率等优点。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明结构在405纳米波长LED辐照下的硅基太阳能电池上的I-V特性图；其中的no light表示为暗场线；light-20mW及light-40mW分别表示20mW和40mW的405nm短波照射响应曲线；

图3为本发明结构在氙灯辐照下的硅基太阳能电池上的I-V特性图；其中上面的为参氮的亮场线，下面的是参氧的亮场线；

图4为本发明的硅基太阳能电池上的光伏响应填充图；

图5为本发明的纳米结构层的SEM图。

具体实施方式

本发明的实施例：硅基微纳光伏结构，包括P型层1，在P型层1的上表面设有N型层3，N型层3的上表面为均匀的微米级凸起结构；在P型层1的底部连接有正电极4，在N型层3的侧面连接有负电极5；本实施例中形微米级凸起结构为三角形凸起；所述的形微米级凸起结构的凸起高度为1微米。

本发明的实施例2：硅基微纳光伏结构的制备方法，包括如下步骤：

1)预处理：对单晶硅片进行P型掺杂，形成电阻率10欧·厘米的硅片，清洗除去硅表面的氧化硅层；