多彩太阳能电池及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种多彩太阳能电池及其制备方法。电池为硅衬底上置有表面形成PN结的有序硅纳米线阵列，其中，硅纳米线的直径为50‑120nm、周期为500‑1500nm，表面覆有厚1‑200nm的介质层；方法为先于硅衬底表面使用纳米球模板法或电子束曝光法或纳米压印技术制作有序掩模后，使用湿法工艺或反应离子刻蚀的博世工艺于其上刻蚀出有序纳米线阵列，再使用扩散工艺对其上置有有序硅纳米线阵列的硅衬底进行表面掺杂硼元素，之后，于得到的其上置有表面形成PN结的有序硅纳米线阵列的硅衬底上使用化学气相沉积法或电子束蒸发法或原子层沉积技术或旋涂法制作介质层后，于其上制作电极，制得目的产物。它可极易于广泛地商业化应用于城市中的光伏发电系统。

Colorful solar cell and preparation method thereof

The invention discloses a colorful solar cell and a preparation method thereof. Battery is arranged on the silicon substrate surface to form ordered silicon PN junction nanowire arrays, wherein the silicon nanowires with a diameter of 50 120nm, period is 500 1500nm, coated with dielectric layer thickness of 1 200nm; prior method for silicon substrate surface using nano sphere template method or electron beam exposure method or nano imprinting mask ordered after the BOSCH process using wet process or reactive ion etching on the etched ordered nanowire arrays, then use the diffusion process of silicon substrate with ordered silicon nanowire arrays of boron doped elements on the surface, is to get the home on a deposition or electron beam evaporation method or atomic layer deposition or spin coating made of dielectric layer formed on the surface of the silicon substrate ordered silicon PN junction nanowire arrays on the use of chemical gas, on the electrode, prepared product. The utility model can be widely commercialized and applied to the photovoltaic power generation system in the city.

【技术实现步骤摘要】
多彩太阳能电池及其制备方法
本专利技术涉及一种太阳能电池及制备方法，尤其是一种多彩太阳能电池及其制备方法。
技术介绍
近年来，随着光伏行业的不断发展，市场对光伏产品提出了更高的要求。将光伏产品集成在建筑屋顶、外墙屋顶、幕墙等处，以便将其与建筑集成一体化是光伏行业发展的主要方向。由于光伏方阵与建筑的结合不占用额外的地面空间，是光伏发电系统在城市中广泛应用的最佳安装方式，因而倍受关注。目前，由于光伏组件一般为蓝色或黑色，当这些光伏组件用于同建筑物一体化时，色彩就显得比较单调，和许多建筑物搭配不相协调，在建筑外观设计中非常单一，影响了建筑物的美感。近期，人们为了使光伏电池组件与建筑结构实现更完美的融合，在改变光伏电池组件的颜色上作了一些有益的尝试和努力，如中国专利技术专利申请CN102194918A于2011年9月21日公布的一种彩色太阳能电池的制备方法。该专利技术专利申请中提及的彩色太阳能电池为传统的硅电池表面覆有氟化镁和氧化钇组成的彩色复合薄膜(介质层)；制备方法为选取氟化镁颗粒和氧化钇颗粒作为蒸发源，使用电子束蒸发设备对晶体硅电池片的表面进行蒸发镀膜，从而获得产物。这种产物虽可用作彩色太阳能电池，却和其制备方法都存在着不足之处，首先，产物中的氟化物和氧化钇的价格偏高，使产物的制造成本难以降低，制约了其商业化的应用；其次，制备方法也不能降低制造的成本。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题为克服现有技术中的不足之处，提供一种结构合理、实用的多彩太阳能电池。本专利技术要解决的另一个技术问题为提供一种上述多彩太阳能电池的制备方法。为解决本专利技术的技术问题，所采用的技术方案为：多彩太阳能电池包括硅衬底和其上的介质层，特别是，所述硅衬底上置有表面形成PN结的有序硅纳米线阵列；所述组成有序硅纳米线阵列的硅纳米线的线直径为50-120nm、线周期为500-1500nm；所述介质层覆于硅纳米线上，其为厚1-200nm的氧化硅层，或氟化镁层，或氧化锆层，或氧化铝层，或聚-3己基噻吩有机半导体层。作为多彩太阳能电池的进一步改进：优选地，有序硅纳米线阵列中的硅纳米线呈六方分布，或正方分布。优选地，硅纳米线的线长为500-3000nm。优选地，硅衬底为单晶硅衬底，或多晶硅衬底。为解决本专利技术的另一个技术问题，所采用的另一个技术方案为：上述多彩太阳能电池的制备方法包括硅衬底的清洗，特别是主要步骤如下：步骤1，先于硅衬底表面使用纳米球模板法或电子束曝光法或纳米压印技术制作有序掩模，再于表面覆有有序掩模的硅衬底上使用湿法工艺或反应离子刻蚀的博世工艺刻蚀出有序纳米线阵列，得到其上置有有序硅纳米线阵列的硅衬底；步骤2，先使用扩散工艺对其上置有有序硅纳米线阵列的硅衬底进行表面掺杂硼(B)元素，再于得到的其上置有表面形成PN结的有序硅纳米线阵列的硅衬底上使用化学气相沉积法或电子束蒸发法或原子层沉积技术或旋涂法制作介质层，得到中间产物；步骤3，于中间产物上制作电极，制得多彩太阳能电池。作为多彩太阳能电池的制备方法的进一步改进：优选地，硅衬底为单晶硅衬底，或多晶硅衬底。优选地，硅衬底的清洗为采用RCA标准清洗。优选地，使用纳米球模板法制作有序掩模的过程为，先将单层密排的聚苯乙烯胶体纳米球转移至硅衬底的表面后，缩小纳米球的直径到需要的尺寸，再以胶体球模板为掩膜，通过电子束蒸发设备于硅衬底的表面蒸发厚20-30nm的金膜，得到表面覆有有序金掩模的硅衬底。优选地，使用湿法工艺刻蚀出有序纳米线阵列的过程为，将表面覆有有序金掩模的硅衬底置于15-25vol％的氢氟酸水溶液中，使用金属辅助化学刻蚀技术刻蚀8-10min，得到其上置有有序硅纳米线阵列的硅衬底。优选地，使用化学气相沉积法制作氧化硅介质层的过程为，将其上置有表面形成PN结的有序硅纳米线阵列的硅衬底置于硅烷流量为20-30sccm、氧气流量为5-15sccm的混合气氛中，于200-500℃下10-50min，得到表面形成PN结的有序硅纳米线阵列的表面包覆有氧化硅层。相对于现有技术的有益效果是：其一，对制备方法制得的目的产物分别使用扫描电镜和透射电镜进行表征，由其结果可知，目的产物为硅衬底上置有表面形成PN结的有序硅纳米线阵列；其中，组成有序硅纳米线阵列的硅纳米线的线直径为50-120nm、线周期为500-1500nm，硅纳米线上覆有厚1-200nm的氧化硅层，或氟化镁层，或氧化锆层，或氧化铝层，或聚-3己基噻吩有机半导体层构成的介质层。有序硅纳米线阵列中的硅纳米线呈六方分布，或正方分布，硅纳米线的线长为500-3000nm。这种由表面形成PN结的硅纳米线的表面包覆有介质层的有序阵列组装于硅衬底上的目的产物，既由于表面形成PN结的硅原子的光电转换功能；又因有序硅纳米线阵列的表面包覆着的介质层，而使共振吸收峰的位置发生了偏移，从而产生出了各种颜色，即当介质层的厚度分别为1-10nm、20-30nm、40-50nm、55-65nm和70-100nm时，目的产物的颜色分别对应为粉红色、金黄色、褚红色、青紫色和青色；进而使目的产物具有了色彩可变的光电转换功能。二，制备方法简单、科学、有效。不仅制得了结构合理、实用的目的产物——多彩太阳能电池，还使其具有了制造成本低的特点；进而使目的产物极易于广泛地商业化应用于城市中的光伏发电系统。附图说明图1是对制备方法制得的目的产物使用扫描电镜(SEM)进行表征的结果之一。SEM图像表明目的产物的表面为有序硅纳米线阵列。图2是对制备方法制得的目的产物中的单根纳米线使用透射电镜(TEM)进行表征的结果之一。TEM图像显示出组成有序硅纳米线阵列的硅纳米线的表面覆有介质层。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的优选方式作进一步详细的描述。首先从市场购得或自行制得：作为硅衬底的单晶硅衬底和多晶硅衬底，并对其采用RCA标准清洗；商业化单分散的直径为500-1500nm的聚苯乙烯胶体纳米球；氢氟酸水溶液。接着，实施例1制备的具体步骤为：步骤1，先于硅衬底表面使用纳米球模板法制作有序掩模；其中，硅衬底为单晶硅衬底，使用纳米球模板法制作有序掩模的过程为，将单层密排的球直径为500nm的聚苯乙烯胶体纳米球转移至硅衬底的表面后，缩小纳米球的直径到50nm，接着，以胶体球模板为掩膜，通过电子束蒸发设备于硅衬底的表面蒸发厚20nm的金膜，得到表面覆有有序金掩模的硅衬底。再于表面覆有有序金掩模的硅衬底上使用湿法工艺刻蚀出有序纳米线阵列；其中，使用湿法工艺刻蚀出有序纳米线阵列的过程为，将表面覆有有序金掩模的硅衬底置于15vol％的氢氟酸水溶液中，使用金属辅助化学刻蚀技术刻蚀10min，得到其上置有有序硅纳米线阵列的硅衬底。步骤2，先使用扩散工艺对其上置有有序硅纳米线阵列的硅衬底进行表面掺杂硼元素。再于得到的其上置有表面形成PN结的有序硅纳米线阵列的硅衬底上使用化学气相沉积法制作由氧化硅层组成的介质层；其中，使用化学气相沉积法制作由氧化硅层组成的介质层的过程为，将其上置有表面形成PN结的有序硅纳米线阵列的硅衬底置于硅烷流量为20sccm、氧气流量为15sccm的混合气氛中，于200℃下50min，得到中间产物——其上置有表面形成PN结的有序硅纳米线阵列的表面包覆有厚1-10nm的氧化硅层的硅衬底。步骤3，于中间产本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多彩太阳能电池，包括硅衬底和其上的介质层，其特征在于：所述硅衬底上置有表面形成PN结的有序硅纳米线阵列；所述组成有序硅纳米线阵列的硅纳米线的线直径为50‑120nm、线周期为500‑1500nm；所述介质层覆于硅纳米线上，其为厚1‑200nm的氧化硅层，或氟化镁层，或氧化锆层，或氧化铝层，或聚‑3己基噻吩有机半导体层。

【技术特征摘要】
1.一种多彩太阳能电池，包括硅衬底和其上的介质层，其特征在于：所述硅衬底上置有表面形成PN结的有序硅纳米线阵列；所述组成有序硅纳米线阵列的硅纳米线的线直径为50-120nm、线周期为500-1500nm；所述介质层覆于硅纳米线上，其为厚1-200nm的氧化硅层，或氟化镁层，或氧化锆层，或氧化铝层，或聚-3己基噻吩有机半导体层。2.根据权利要求1所述的多彩太阳能电池，其特征是有序硅纳米线阵列中的硅纳米线呈六方分布，或正方分布。3.根据权利要求1所述的多彩太阳能电池，其特征是硅纳米线的线长为500-3000nm。4.根据权利要求1所述的多彩太阳能电池，其特征是硅衬底为单晶硅衬底，或多晶硅衬底。5.一种权利要求1所述多彩太阳能电池的制备方法，包括硅衬底的清洗，其特征在于主要步骤如下：步骤1，先于硅衬底表面使用纳米球模板法或电子束曝光法或纳米压印技术制作有序掩模，再于表面覆有有序掩模的硅衬底上使用湿法工艺或反应离子刻蚀的博世工艺刻蚀出有序纳米线阵列，得到其上置有有序硅纳米线阵列的硅衬底；步骤2，先使用扩散工艺对其上置有有序硅纳米线阵列的硅衬底进行表面掺杂硼元素，再于得到的其上置有表面形成PN结的有序硅纳米线阵列的硅衬底上使用化学气相沉积法或电子束蒸发法或原子层沉积技术或旋涂法制作介质层，得到中间产...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘敏，李新化，史同飞，马文霞，王玉琦，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：安徽,34