本发明专利技术公开了一种硅纳米线量子阱太阳能电池，沿太阳光入射方向依次为Ti/Pd/Ag栅形电极、透明掺铝氧化锌（AZO）导电层薄膜、n+欧姆接触层、n层、nc-Si:H/SiNx超晶格量子阱、p+欧姆接触层和Al背电极，所述太阳能电池采用p型硅纳米线阵列支撑nc-Si:H/SiNx超晶格量子阱以及所示太阳能电池的制备方法，该新型太阳电池具有“高陷光、高效率，低成本和长寿命”的优点。在硅纳米线阵列表面形成渐变式量子阱材料，大大提高了太阳电池陷光效果，同时拓宽了太阳电池的光吸收谱，形成了一种近似全光谱的nc-Si:H/SiNx超晶格量子阱太阳电池。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及纳米技术和光伏技术等新能源
，设计了一种以硅纳米线作为支撑，在娃纳米线上沉积nc-S1:H和SiNx构成超晶格量子讲材料的新型娃纳米线太阳电池。
技术介绍
传统能源如煤炭、石油、天然气将消耗殆尽。它们造成的环境污染非常严重，如水污染、大气污染、粉尘污染等等严重危害人们的身体健康和生活环境。面对全球能源短缺危机和生态环境的不断恶化，世界各国都在积极的研究和开发利用新能源。可再生能源尤其是太阳能越来越受到人们的重视，光伏应用作为太阳能利用的重要途径一直是研究的热点。而太阳能光伏发电的核心器件就是太阳能电池。从能源转换效率、生产成本、器件使用寿命和实际应用领域等方面综合评价，Si基太阳电池无疑具有明显的优势，并一直占据这主导发展地位。而Si基太阳电池中，P-η结单晶Si太阳电池的转换效率最高，技术也最为成熟。但是，由于制作这类太阳电池需要消耗大量的Si材料。所以如何以相对较低的生产成本，实现高效的转换效率的Si基太阳电池便成为摆在人们面前的一项重要课题。目前商业化的太阳能电池主要以第一代单晶硅、多晶硅太阳能电池和第二代非晶硅薄膜太阳电池为主。其中第一代太阳电池虽然效率高，但是成本也高；第二代太阳电池成本低，但是效率低、不稳定、存在有毒元素、需要稀有金属等缺点。因此为使太阳能被更多人接受，必须降低第一代硅基太阳电池生产成本或提高第二代硅基太阳电池转换效率。分析第一代和第二代太阳电池存在的问题，可归纳为以下四个主要方面:第一，硅基材料受制备工艺水平的限制，使其难以获得具有预期要求的结构与光电特性，所以导致太阳电池的光伏参数不能满足设计指标；第二，第一代和第二代太阳电池中需要单独的陷光结构，进行光电转换的有效p-n结面积较少；第三，只采用单一带隙光伏材料制作太阳电池，由于能量小于此带隙光子不能被吸收造成低能损耗，而大于此带隙光子的多余能量，以热能的形式散失，从而光子能量得不到充分利用；第四，在目前的P-n结和p-1-n型(p+-p-1-n-n+)太阳电池中，一个光子只能激发出一个电子-空穴对。经专利检索，硅纳米线/非晶硅异质结太阳能电池(CN101262024A)专利和一种新型结构硅纳米线太阳能电池(CN101369610A)专利利用湿法腐蚀工艺制备硅纳米线阵列，并利用PECVD技术在P型单晶硅纳米线上生长非晶硅，分别形成p-n和p_i_n结构，然后利用磁控溅射法制备ITO透明导电膜，最后再用掩膜法在ITO导电薄膜表面沉积Ti/Pd/Ag作为正面电极，在P型硅基底背面沉积金属铝薄膜，烧结后作为背面电极，从而制成硅纳米线太阳电池。Ne - S1:H / SiNx超晶格量子阱太阳电池(CN102157594 A)专利利用PECVD逐层沉积技术沉积不同成分的材料，在TCO透明电极上制备出平面的具有P+欧姆接触层、P层、nc-S1:H/SiNx超晶格量子阱层、η层、n+欧姆接触层和ΖηΟ/Al背电极的量子阱太阳电池。硅纳米线/非晶硅异质结太阳能电池(CN101262024A)专利和一种新型结构硅纳米线太阳能电池(CN101369610A)专利只采用具有单一带隙的非晶硅材料制作太阳电池，由于能量小于此带隙的光子不能被吸收造成低能损耗，而大于此带隙的光子的多余能量，以热能的形式散失，从而导致光子能量得不到充分利用。Ne - S1:H / SiNx超晶格量子阱太阳电池(CN102157594 A)专利所采用传统的平面电池结构，使得其不但表面反射率比较高，而且能接受光照的有效光电转换面积有限，另外平面电池上下电极间非常长的载流子传输距离导致载流子收集效率非常低。
技术实现思路
针对现有技术中存在的问题，本专利技术利用一维纳米线独特的光学和电学特性，以及对太阳电池的效率、光谱响应等明显的影响来改善太阳能电池性能，提高效率，以及纳米硅的带隙可调性和结合多氮化硅的良好势垒特性制备了一种以硅纳米线作为支撑的nc-S1:H/SiNx超晶格量子阱纳米线太阳电池。硅纳米线量子阱太阳能电池沿太阳光入射方向依次为Ti/Pd/Ag栅形电极、透明掺铝氧化锌(AZO)导电层薄膜、n+欧姆接触层、η层、nc-S1: H/SiNx超晶格量子阱、P型硅纳米线阵列、P+欧姆接触层和和Al背电极。Nc-Si的每单层厚度控制在9±0.5 nm，周期为45±5 nm ；SiNx的每单层厚度控制在9±0.5 nm,周期为45±5 nm。此种电池的硅纳米线起陷光、支撑nc-S1:H/SiNx超晶格量子阱层和扩大有效光电转换区面积的作用，同时光生载流子的径向传输大大缩减了其传输距离，提高了收集效率。在电池中的超晶格量子阱材料中，极薄的nc-Si层充当一个封闭载流子的量子阱层，nc-S1:H薄膜光学带隙依次沿太阳光入射方向形成过渡结构，拓展了太阳电池对光的吸收谱、提高光吸收总量和吸收效率；同时保持第二代薄膜电池低成本优点。一种硅纳米线量子阱太阳能电池的制备方法采用无电镀金属辅助刻蚀技术制备硅纳米线阵列；利用逐层等离子化学气相沉积技术在硅纳米线阵列上交替制备nc - Si /31队超晶格量子阱；利用等离子化学气相沉积技术在nc - Si/SiNx超晶格量子阱上制备n+欧姆接触层，η层；采用原子层沉积技术制备透明掺铝氧化锌(AZO)导电层薄膜；利用原子层沉积技术沉积在η+层上沉积透明掺铝氧化锌(AZO)导电层薄膜；利用掩膜法制备Ti/Pd/Ag栅形电极，位于透明AZO导电薄膜层之上；利用等离子化学气相沉积技术在长有硅纳米线阵列的硅片背面制备P+欧姆接触层；利用溅射技术在硅片的背面的P+欧姆接触层上制备Al背电极；进行太阳电池板刻蚀和封装后续工艺。硅纳米线阵列采用无电镀银辅助刻蚀方法，刻蚀溶液为含有AgNO3的HF酸水溶液，其中HF酸的物质的量浓度为3-5 mol/L, AgNO3的物质的量浓度为0.01-0.05 mol/L,在20-50°C条件下刻蚀10-60min ;用去离子水冲洗干净后再用物质的量浓度为0.1-1 mol/L的KOH水溶液刻蚀10-60s，最后用去离子水冲洗干净，并用氮气吹干。采用无电镀银辅助刻蚀方法制备的纳米阵列的直径与周期分别为50-200 nm和350-650 nm。Ne - Si / SiNx超晶格量子阱、n+欧姆接触层、p+欧姆接触层采用逐层交替沉积；沉积条件为本底真空1.6X10_4Pa，沉积温度在300°C，采用固定直流偏压200V控制nc -S1:H的晶粒大小保持在2-3 nm,;调节射频功率50 W- 250 W控制nc_S1:H晶态成分，制备光学带隙由里至外依次由小至大的量子阱材料；Ne - Si和SiNx的厚度通过控制薄膜生长时间进行控制，每单层厚度控制在9±0.5 nm,周期为45±5 nm。利用PECVD逐层交替沉积nc - S1:H / SiNx超晶格量子阱材料。所用沉积条件，本底真空在1.6X 10_4Pa，射频功率为50~250W(频率为13.56MHz)，沉积温度在300°C，直流偏压为200V，反应压强为200Pa。所用硅烷的氢稀释比为5%,氢气和氮气均为99.9999%高纯气体。所用硅烷的氢稀释比[SiH4]/[SiH+H2]为5% ;利用PECVD方法制备p+型硅薄膜，硼掺杂率本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种硅纳米线量子阱太阳能电池，沿太阳光入射方向依次为Ti/Pd/Ag栅形电极、透明掺铝氧化锌（AZO）导电层薄膜、n+欧姆接触层、n层、nc?Si:H/SiNx超晶格量子阱、p+欧姆接触层和和Al背电极，其特征在于，所述太阳能电池采用p型硅纳米线阵列支撑nc?Si:H/SiNx超晶格量子阱。
【技术特征摘要】
1.一种硅纳米线量子阱太阳能电池，沿太阳光入射方向依次为Ti/Pd/Ag栅形电极、透明掺铝氧化锌(AZO)导电层薄膜、n+欧姆接触层、η层、nc_S1:H/SiNx超晶格量子阱、p+欧姆接触层和和Al背电极，其特征在于，所述太阳能电池采用P型硅纳米线阵列支撑nc-S1:H/SiNx超晶格量子阱。2.根据权利要求1所述的一种硅纳米线量子阱太阳能电池，其特征在于，nc-Si的每单层厚度控制在9±0.5 nm,周期为45±5 nm。3.根据权利要求1所述的一种硅纳米线量子阱太阳能电池，其特征在于，SiNx的每单层厚度控制在9±0.5 nm,周期为45±5 nm。4.一种硅纳米线量子阱太阳能电池的制备方法，其特征在于，采用无电镀金属辅助刻蚀技术制备硅纳米线阵列；利用逐层等离子化学气相沉积技术在硅纳米线阵列上交替制备nc-Si / SiNx超晶格量子阱；利用等离子化学气相沉积技术在nc - Si / 31队超晶格量子阱上制备n+欧姆接触层，η层；采用原子层沉积技术制备透明掺铝氧化锌(AZO)导电层薄膜；利用原子层沉积技术沉积在η+层上沉积透明掺铝氧化锌(AZO)导电层薄膜；利用掩膜法制备Ti/Pd/Ag栅形电极，位于透明AZO导电薄膜层之上；利用等离子化学气相沉积技术在长有硅纳米线阵列的硅片背面制备P+欧姆接触层；利用溅射技术在硅片的背面的P+欧姆接触层上制备Al背电极；进行太阳电池板刻蚀和封装后续工艺。5.根据权利要求4所述的一种硅纳米线量子阱太阳能电池的制备方法，其特征在于，硅纳米线阵列采用无电镀银辅助刻蚀方法，刻蚀溶液为含有AgNO3的HF酸水溶液，其中HF酸的物质的量浓度为3-5 mo I/L7AgNO3的物质的量浓度为0.01-0.05 mol/L，在20_50°C条件下刻蚀10-60min ;用去离子水冲洗干净后再用物质的量浓度为0.1-1 mol/L的KOH水溶液...
【专利技术属性】
技术研发人员：丁建宁，张福庆，郭立强，袁宁一，程广贵，凌智勇，张忠强，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：
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