基于ZnO纳米线的高效硅基薄膜太阳能电池制造技术

本实用新型专利技术公开了一种基于ZnO纳米线的高效硅基薄膜太阳能电池，属于太阳能电池技术领域，本实用新型专利技术是在基板上自下而上依次沉积ZnO纳米线、硅基薄膜层、背电极层和封装材料层构成。本实用新型专利技术通过将ZnO纳米线复合到硅基薄膜太阳能电池内部，利用ZnO纳米线巨大的比表面积增大电池的受光面积，以及利用这些纳米线作为薄膜电池内部载流子的输送桥梁将载流子的迁移距离有几十微米减少至几百纳米，极大地提高了电池内部载流子收集效率，从而提高硅基薄膜电池的效率。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于太阳能电池
，具体是基于ZnO纳米线的高效薄膜太阳能电池。
技术介绍
能源无疑是人类生存与发展的基石，而随着传统能源的日益开发与枯竭，与之相对的却是社会发展对能源需求的剧增，能源短缺和能源供给问题已切实成为世界各国政府工作的当务之急。全球范围内能源紧缺的日益突出，使得可再生能源的开发利用备受关注， 以可再生能源替代传统化石能源，解决能源短缺的同时，缓减环境污染问题。太阳能利用是绿色可再生能源中一个非常重要的一部分，自1893年法国科学家贝克勒尔发现“光生伏特效应”以来，太阳能电池技术和太阳能电池产业迅速发展，围绕着如何提高太阳能电池效率、降低太阳能电池成本，各国对太阳能电池的研究日益深入。借助于半导体工业的发展，晶体硅材料制备工艺相当成熟，并且晶体硅电池效率高，使得晶体硅在太阳能电池商业化的初始阶段占据着市场的主流地位；但随着薄膜电池的发展，成本低和环境无污染的优势，使得薄膜电池在市场份额中比率日益增加，业界均看好薄膜电池，尤其是硅基薄膜电池成为未来电池发展的主流。然而，目前硅基薄膜电池较低的效率限制了其工业发展的步伐。硅基薄膜电池中，微晶硅电池的理论效率为沈％，非晶硅为3%，与晶硅电池理论效率相当，然而，实际生产过程中，微晶硅8. 5%和非晶硅9. 5%(初始)的效率远低于晶硅的18%(多晶硅)和24%(单晶硅)。这种差异主要源于硅基薄膜电池较低的光生载流子收集效率。禁带宽度为1. IeV的微晶硅和1. 75eV非晶硅电池电流密度的理论值分别为43. 6mA/cm2和21. ImA/cm2，而实际生产中的微晶硅和非晶硅薄膜电池的电流密度仅为20 mA/cm2和12 mA/cm2。而载流子的收集效率，又取决于电池结构、载流子迁移方式和迁移速率。以非晶硅薄膜电池为例，薄膜为无序结构，内部存在大量缺陷，光生载流子靠PN结形成的电场漂移，电子电导迁移率为10cm7V*S，空穴电导迁移率为0.67 cm2/ V · s，远低于晶硅，较低的迁移速率和大量缺陷的存在使载流子在迁移过程中部分复合消失。因此，提高硅基薄膜电池的效率，关键在于提高电池内部的电场强度和降低电池内部的缺陷。在效率较低的染敏电池和有机电池电池的研究中，人们先后将ai0、Ti02、CdS、Mo等纳米线与薄膜电池复合，利用纳米线巨大的比表面积增大电池的受光面积，以及利用这些纳米线作为薄膜电池内部载流子的输送桥梁将载流子的迁移距离有几十微米减少至几百纳米，薄膜电池的短路电流急剧增大为原先的80倍以上，电池内部载流子收集效率极大提高，从而使电池效率提高至原先的20倍以上。然而，迄今为止，关于将纳米线复合到硅基薄膜电池的研究极少，这主要是由于合适的纳米线选取和制备比较困难。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种基于aio纳米线的高效硅基薄膜太阳能电池。为实现上述目的，本技术的基于ZnO纳米线的高效硅基薄膜太阳能电池，其为五层结构，该五层结构自下而上依次为基板及在基板上自下而上依次沉积ZnO纳米线、 硅基薄膜层、背电极层和封装材料层。作为上述基于ZnO纳米线的高效硅基薄膜太阳能电池的优选技术措施所述ZnO 纳米线的长度为500nm-2um，直径为50-80nm。所述的基板是氧化锡或氧化锌的透明导电氧化物玻璃。所述的背电极层为aiO/Ag/Ti复合层，且SiO邻接所述的硅基薄膜层，Ti邻接所述的封装材料层；或者所述的背电极层为aiO/ΑΙ复合层，且ZnO邻接所述的硅基薄膜层， Al邻接所述的封装材料层；或者所述的背电极层为ZnO层。所述的封装材料层为EVA/背板复合层，所述的EVA邻接所述的背电极层；或者所述的封装材料层为PVB/钢化玻璃复合层，所述的PVB邻接所述的背电极层。本技术的有益效果是将ZnO纳米线复合到硅基薄膜太阳能电池内部，利用 ZnO纳米线巨大的比表面积增大电池的受光面积，以及利用这些纳米线作为薄膜电池内部载流子的输送桥梁将载流子的迁移距离有几十微米减少至几百纳米，极大地提高了电池内部载流子收集效率，从而提高硅基薄膜电池的效率。以ZnO纳米线制备PIN型硅基薄膜电池，ZnO薄膜作为TCO薄膜，在薄膜电池中广泛用作电池前电极和背电极，因此将ZnO纳米线复合到硅基薄膜电池内部，可以起到提高电池受光面积和作为电池内部载流子输送桥梁的作用，从而极大提高硅基薄膜电池的效率。附图说明图1是本技术太阳能电池的一种截面结构放大示意图。图中标号说明1-基板，2-ZnO纳米线，3-硅基薄膜层，4-背电极层，5-封装材料层。具体实施方式以下结合说明书附图通过实施例对本技术做进一步说明。本技术的基于ZnO纳米线的高效硅基薄膜太阳能电池，如图1所示，其是在基板1上自下而上依次沉积SiO纳米线2、硅基薄膜层3、背电极层4和封装材料层5构成。进一步的ZnO纳米线(2)的长度为500nm-2um，直径为50-80nm ；基板1是氧化锡或氧化锌的透明导电氧化物玻璃；硅基薄膜层3为微晶硅薄膜或非晶硅薄膜；背电极层4为SiO/Ag/Ti 层、ZnO/Al层或ZnO层；封装材料层5为EVA/背板或PVB/钢化玻璃。实施例1 1)以氧化锡透明导电玻璃(F-SNO2)为基板1，采用水热法在基板1上制备ZnO薄膜并在该ZnO薄膜上制出ZnO纳米线，所述ZnO纳米线包括线、柱、钉中的至少一种结构形式，ZnO纳米线2的长度为800nm-2um，直径为50_80nm ；2)采用13. 56MHZ的等离子体化学气相沉积在步骤1)制得的ZnO纳米线结构上沉积250-500nm厚的非晶硅PIN层作为硅基薄膜层3 ；3)用磁控溅射法在步骤2)制得的硅基薄膜层3上依次溅射20-100nm厚的ZnO 层、100-300nm厚的Ag层、10-40nm厚的Ti层形成背电极层4 ；4)将步骤3)制得的背电极层4上依次层压封装作为封装材料层5的EVA与背板的复合层，得到基于ZnO纳米线的高效硅基薄膜太阳能电池。实施例2:1)以氧化锌透明导电玻璃(Ag-aiO)为基板1，采用水热法在基板ι上制备SiO薄膜并在该ZnO薄膜上制出ZnO纳米线，所述ZnO纳米线包括线、柱、钉中的至少一种结构形式，ZnO纳米线2的长度为800nm-2um，直径为50_80nm ；2)采用热丝化学气相沉积在步骤1)制得的ZnO纳米线结构上沉积250_500歷厚的非晶硅PIN层作为硅基薄膜层3 ；3)用磁控溅射法在步骤2)制得的硅基薄膜层3上依次溅射20-100nm厚的ZnO 层、100-300nm厚的Ag层、10-40nm厚的Ti层形成背电极层4 ；4)将步骤3)制得的背电极层4上依次层压封装作为封装材料层5的EVA与背板的复合层，得到基于ZnO纳米线的高效硅基薄膜太阳能电池。实施例3 1)以氧化锡透明导电玻璃(F-SNO2)为基板1，采用金属催化化学气相沉积法在基板1上制备SiO薄膜并在该SiO薄膜上制出ZnO纳米线2，SiO纳米线2的长度为500nm-lum， 直径为50-70nm ；2)采用热丝化学气相沉积在步骤1)制得的ZnO纳米线上沉积3 μ m厚的微晶硅 PIN层作为硅基薄膜层3;3)用磁控溅射法在步骤2)制得的硅基薄膜层3上依次溅射20-100nm厚的ZnO 层、1.本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．基于ＺｎＯ纳米线的高效硅基薄膜太阳能电池，其特征是：其为五层结构，该五层结构自下而上依次为基板（１）及在基板上自下而上依次沉积ＺｎＯ纳米线（２）、硅基薄膜层（３）、背电极层（４）和封装材料层（５）。

【技术特征摘要】
1.基于ZnO纳米线的高效硅基薄膜太阳能电池，其特征是其为五层结构，该五层结构自下而上依次为基板(1)及在基板上自下而上依次沉积ZnO纳米线O)、硅基薄膜层(3)、 背电极层⑷和封装材料层(5)。2.根据权利要求1所述的基于ZnO纳米线的高效硅基薄膜太阳能电池，其特征是所述ZnO纳米线O)的长度为500nm-2um，直径为50_80nm。3.根据权利要求1所述的基于ZnO纳米线的高效硅基薄膜太阳能电池，其特征是所述的基板(1)是氧化锡或氧化锌的透明导电氧化物玻璃。4.根据权利要求1所述的基于ZnO纳米线的高效硅基薄膜太阳能电池，其特征是所述的硅基薄膜层(3)为微晶硅薄膜或非晶硅薄膜。5.根据权利要求1所述的基于ZnO纳米线的高效硅基薄膜太阳能电池，其特征是所述的背电极层⑷为SiO/Ag/Ti复合层，...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝芳，吴兴坤，叶志高，
申请(专利权)人：杭州天裕光能科技有限公司，
类型：实用新型
国别省市：86