[发明专利]一种硅纳米线/硅薄膜异质结太阳电池及其制备方法

说明书

本发明公开一种硅纳米线/硅薄膜异质结太阳电池及其制备方法，其制备方法包括清洗n型单面抛光硅片、刻蚀硅纳米线阵列、沉积氢化非晶硅薄膜、溅射AZO薄膜、蒸镀铝背电极、涂抹银前电极，从而获得基本结构：AZO/p‑a‑Si/i‑a‑Si/n‑c‑Si/Al的硅纳米线/硅薄膜异质结太阳电池。本发明提出了这种采用等离子体化学气相沉积技术，处理过程简单方便，低温耗能低，并且使用了磁控溅射设备掺杂，提高传导和收集光生载流子，进一步制备了硅纳米线阵列电池器件。

技术领域

本发明涉及太阳能电池技术领域，尤其是一种硅纳米线/硅薄膜异质结太阳电池及其制备方法。

背景技术

硅基太阳电池是光伏应用中的主要部分，占据着大约90％的市场份额。自从1941年的第一块硅基光伏电池被研制以来，硅基太阳电池的电学特征和工作机制已经能够很好地被解释了。光伏技术被认为是能够避免全球发生能源大危机以及环境大污染的主要途径。目前，由于硅基太阳电池涉及的昂贵制备费用使得大范围采用光伏发电变得不可能。不过硅纳米线径向结电池由于具有优良的减反性能以及独特高效的载流子分离机制，被认为在实现高效与低成本电池方面具有较为广阔的发展前景。所以对硅纳米线径向结电池的研究显得十分有意义。

如果将硅纳米线阵列电池制备过程集合成一条完整发达的生产线，那么在不久的将来大规模生产低成本太阳电池也不无可能，故研究将硅纳米线阵列应用到太阳电池中去，从而改善电池性能，减小电池生产成本，显得尤其重要。

本发明提出了这种采用等离子体化学气相沉积技术，处理过程简单方便，低温耗能低，并且使用了磁控溅射设备掺杂，提高传导和手机光生载流子，进一步制备了硅纳米线阵列电池器件。

发明内容

本发明的目的是克服上述现有技术的不足，提供一种硅纳米线/硅薄膜异质结太阳电池及其制备方法。

首先，本发明提供一种硅纳米线/硅薄膜异质结太阳电池的制备方法，该制备方法包括以下步骤：

步骤1，硅纳米线阵列的制备：采用n型单面抛光硅片,在室温条件下，通过金属辅助化学刻蚀法制备获得硅纳米线阵列，硅纳米线阵列的一部分经过KOH刻蚀，另一部分则不经过KOH刻蚀，其中，金属辅助化学刻蚀法的实验条件为：Ag沉积液中各组分浓度为HF4.8mol/L，AgNO₃ 0.02mol/L，沉积时间为40s；刻蚀液中各组分浓度为HF 4.8mol/L，H₂O₂0.4mol/L，刻蚀时间为2-10min；KOH溶液浓度为10wt％，刻蚀时间为0-20s；

步骤2，氢化非晶硅薄膜的制备：利用等离子体化学气相沉积法(PECVD)在不同刻蚀长度的硅纳米线上沉积氢化非晶硅薄膜，获得硅纳米线/氢化非晶硅薄膜表面；为了使PECVD在不同刻蚀长度的硅纳米线上沉积的氢化非晶硅薄膜必须共形地覆盖在整根硅纳米线表面，以制备高度共形覆盖的非晶硅薄膜，等离子体化学气相沉积的实验条件为：功率为150-200W，气压为133-150Pa，温度为250℃，硅烷流量0-20sccm,硼烷掺杂浓度0-1％。沉积时间在2min-30min。

步骤3，AZO薄膜的制备：利用磁控溅射法在硅纳米线/氢化非晶硅薄膜表面上共形覆盖一层AZO透明导电薄膜；磁控溅射法的实验条件为：磁控溅射设备在射频功率为600W，沉积温度为100℃，沉积气压为0.65Pa，氢气掺杂量为2-6％；

步骤4，将步骤3处理后的硅片以银前电极作为正极，铝背电极作为负极即制得一种硅纳米线/硅薄膜异质结太阳电池。