專利名稱：硅納米線肖特基結型太陽能電池及其制備方法
技術領域：
本發明涉及一種硅納米結構肖特基結型太陽能電池及其制備方法。
背景技術：
對全球能源短缺危機和生態環境的不斷惡化，世界各國積極研究和開發利用可再生能源，從而實現能源工業和社會的可持續發展。太陽能被認為是能源危機和生態環境惡化的最佳解決途徑。太陽能電池是通過半導體p-n結的光伏效應或者光化學效應直接把光能轉化成電能的裝置。P-n結型太陽能電池目前應用較為普遍，在這種太陽能電池中，p-n結區吸收入射光子，形成空穴-電子對，并在內建電場的作用下分離，從而形成光電流。其效率較高， 開路電壓較大，但缺點是制作工藝復雜，成本較高。肖特基勢壘型太陽能電池是利用金屬與半導體界面的具有整流效應的肖特基勢結而構筑的太陽能電池，無需高溫處理，成本低，且短波響應好。目前，傳統太陽能電池大多采用基于體硅或者薄膜硅材料制備的p-n結或者肖特基結。體硅或者薄膜硅由于其較低的比表面積，因此呈現出對太陽光較弱的吸收，且激子分離的面積有限。表面減反射層的出現與使用雖然可以一定程度上減少光吸收的損失，但是這又帶來了額外的成本增加，并且減反射層帶來的效果并不十分明顯。因此從很大程度上制約了太陽能電池效率的提升，也限制了太陽能電池的廣泛應用。
發明內容
本發明是為避免上述現有技術所存在的不足之處，提供一種光吸收能力強、且光電轉換效率高的硅納米線肖特基結型太陽能電池及其制備方法。本發明硅納米線肖特基結型太陽能電池的特點是具有如下結構在帶有SW2層的Si基底的SiA層的表面分散有平鋪的P型硅納米線，設置在所述SiA層上的Au源漏電極與所述P型硅納米線形成歐姆接觸，作為硅納米線端輸出電極， 設置在所述SiA層上的Ti柵極電極與所述ρ型硅納米線形成肖特基結，作為太陽能電池肖特基結另一端輸出電極。本發明硅納米線肖特基結型太陽能電池的制備方法的特點是按如下過程進行首先，用化學氣相沉積的方法合成P型硅納米線并將其平鋪分散在帶有SiA層的 Si基底的SiO2表面；隨后采用紫外光刻及電子束鍍膜的方式在平鋪分散有P型硅納米線的 SiO2表面分別制備Au源漏電極，以及Ti柵極電極，并且使Au源漏電極與P型硅納米線形成歐姆接觸，使Ti柵極電極與P型硅納米線形成肖特基結。本發明硅納米線肖特基結型太陽能電池的特點也在于具有如下結構在帶有SiA層的Si基底的SiA層的表面分散有平鋪的N型硅納米線，設置在所述SiA層上的Ti源漏電極與所述N型硅納米線形成歐姆接觸，作為硅納米線端輸出電極， 設置在所述SiA層上的Au柵極電極或Pt柵極電極與所述N型硅納米線形成肖特基結，作為太陽能電池肖特基結另一端輸出電極。本發明硅納米線肖特基結型太陽能電池的制備方法的特點也在于按如下過程進行首先用化學氣相沉積的方法合成N型硅納米線并將其平鋪分散在帶有S^2層的 Si基底的SiO2表面；隨后采用紫外光刻及電子束鍍膜的方式在平鋪分散有N型硅納米線的 SiO2表面分別制備Ti源漏電極，以及Au柵極電極或Pt柵極電極，并且使Ti源漏電極與N 型硅納米線形成歐姆接觸，使Au柵極電極或Pt柵極電極與N型硅納米線形成肖特基結。與已有技術相比，本發明有益效果體現在本發明設計了一種工藝簡單且成本低廉的方法制備硅納米結構肖特基結型太陽能電池，充分利用了納米結構材料具有大的比表面積的優勢，克服了傳統太陽能電池光吸收能力弱的缺點，避免了使用減反射層帶來的額外成本的增加。同時，硅納米結構肖特基結又能提供了很大的結區面積供載流子分離，并能提供良好的導電路徑來傳輸電荷，有利于太陽能電池效率的提升。
圖1為本發明硅納米線肖特基結型太陽能電池結構示意圖；圖2為基于實施例1中所制備的P型硅納米線肖特基結型太陽能電池在黑暗下和 AM 1.5G模擬光源下的電流密度與電壓關系特性曲線；圖3為基于實施例2中所制備的N型硅納米線肖特基結型太陽能電池在黑暗下和 AM 1.5G模擬光源下的電流密度與電壓關系特性曲線；圖中標號1為Si基底；2為SW2層；3硅納米線；4源漏電極；5柵極電極。
具體實施例方式實施例1 本實施例硅納米線肖特基結型太陽能電池具有如下結構參見圖1，在帶有S^2層2的Si基底1的S^2層的表面分散有平鋪的P型硅納米線3，設置在SiO2層上的Au源漏電極4與P型硅納米線3形成歐姆接觸，作為硅納米線端輸出電極，設置在SW2層上的Ti柵極電極5與P型硅納米線3形成肖特基結，作為太陽能電池肖特基結另一端輸出電極。本實施例中硅納米線肖特基結型太陽能電池的制備方法是按如下過程進行首先，用化學氣相沉積的方法合成P型硅納米線3并將其平鋪分散在帶有300nm 厚的S^2層的Si基底的S^2層的表面；隨后采用紫外光刻及電子束鍍膜的方式在平鋪分散有P型硅納米線3的SiA表面分別制備60nm厚的Au源漏電極4，以及15nm厚的Ti柵極電極5，并且使Au源漏電極4與P型硅納米線3形成歐姆接觸，使Ti柵極電極5與P型硅納米線3形成肖特基結。基于本實施例制備的P型硅納米線肖特基結型太陽能電池在黑暗下和AM 1.5G模擬光源下的電流密度與電壓關系特性曲線如圖2所示，從圖中看出制備的P型硅納米線肖特基結型太陽能電池具有明顯的光伏特性。實施例2 再如圖1所示，本實施例硅納米線肖特基結型太陽能電池具有如下結構
在帶有SW2層2的Si基底1的SiO2層的表面分散有平鋪的N型硅納米線3，設置在SW2層上的Ti源漏電極4與N型硅納米線3形成歐姆接觸，作為硅納米線端輸出電極， 設置在SW2層上的Au柵極電極或Pt柵極電極5與N型硅納米線形成肖特基結，作為太陽能電池肖特基結另一端輸出電極。本實施例中硅納米線肖特基結型太陽能電池的制備方是按如下過程進行首先用化學氣相沉積的方法合成N型硅納米線3并將其平鋪分散在帶有300nm厚的S^2層的Si基底的S^2表面；隨后采用紫外光刻及電子束鍍膜的方式在平鋪分散有N 型硅納米線3的SW2表面分別制備60nm厚和Ti源漏電極4，以及15nm厚和Au柵極電極 5，并且使Ti源漏電極4與N型硅納米線3形成歐姆接觸，使Au柵極電極或Pt柵極電極5 與N型硅納米線3形成肖特基結。基于本實施例制備的N型硅納米線肖特基結型太陽能電池在黑暗下和AM 1. 5G模擬光源下的電流密度與電壓關系特性曲線如圖3所示，從圖中看出制備的N型硅納米線肖特基結型太陽能電池具有明顯的光伏特性。
權利要求
1.一種硅納米線肖特基結型太陽能電池，其特征是具有如下結構在帶有SW2層O)的Si基底(ι)的SW2層的表面分散有平鋪的P型硅納米線(3)， 設置在所述SiO2層上的Au源漏電極(4)與所述P型硅納米線(3)形成歐姆接觸，作為硅納米線端輸出電極，設置在所述SiO2層上的Ti柵極電極(5)與所述P型硅納米線(3)形成肖特基結，作為太陽能電池肖特基結另一端輸出電極。
2.—種權利要求1所述的硅納米線肖特基結型太陽能電池的制備方法，其特征是按如下過程進行首先，用化學氣相沉積的方法合成P型硅納米線(3)并將其平鋪分散在帶有SiO2層的 Si基底的S^2表面；隨后采用紫外光刻及電子束鍍膜的方式在平鋪分散有P型硅納米線 (3)的SW2表面分別制備Au源漏電極⑷，以及Ti柵極電極(5)，并且使Au源漏電極與P型硅納米線(3)形成歐姆接觸，使Ti柵極電極(5)與P型硅納米線(3)形成肖特基結。
3.—種硅納米線肖特基結型太陽能電池，其特征是具有如下結構在帶有SiO2層O)的Si基底(1)的SiO2層的表面分散有平鋪的N型硅納米線(3)， 設置在所述SiO2層上的Ti源漏電極(4)與所述N型硅納米線(3)形成歐姆接觸，作為硅納米線端輸出電極，設置在所述SiO2層上的Au柵極電極或Pt柵極電極(5)與所述N型硅納米線形成肖特基結，作為太陽能電池肖特基結另一端輸出電極。
4.一種權利要求3所述的硅納米線肖特基結型太陽能電池的制備方法，其特征是按如下過程進行首先用化學氣相沉積的方法合成N型硅納米線(3)并將其平鋪分散在帶有SiO2層的Si 基底的S^2表面；隨后采用紫外光刻及電子束鍍膜的方式在平鋪分散有N型硅納米線(3) 的SW2表面分別制備Ti源漏電極⑷，以及Au柵極電極或Pt柵極電極(5)，并且使Ti源漏電極⑷與N型硅納米線(3)形成歐姆接觸，使Au柵極電極或Pt柵極電極(5)與N型硅納米線(3)形成肖特基結。
全文摘要
本發明公開了一種硅納米線肖特基結型太陽能電池，其特征是具有如下結構在帶有SiO2層的Si基底的SiO2層的表面分散有平鋪的硅納米線，設置在SiO2層上的源漏電極與硅納米線形成歐姆接觸，作為硅納米線端輸出電極，設置在SiO2層上的柵極電極與硅納米線形成肖特基結，作為太陽能電池肖特基結另一端輸出電極。本發明工藝簡單、適合大規模生產，可制備光吸收能力強、光電轉換效率高的太陽能電池，為硅納米結構在太陽能電池的應用中奠定了基礎。
文檔編號H01L31/18GK102544183SQ20121003710
公開日2012年7月4日 申請日期2012年2月17日 優先權日2012年2月17日
發明者于永強, 吳春燕, 彭強, 揭建勝, 朱志峰, 王莉, 謝超, 郭惠爾 申請人:合肥工業大學