專利名稱：太陽能電池的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種太陽能電池，尤其涉及一種基于碳納米管的太陽能電池。
背景技術：
太陽能是當今最清潔的能源之一，取之不盡、用之不竭。太陽能的利用 方式包括光能-熱能轉換、光能-電能轉換和光能-化學能轉換。太陽能電池是 光能-電能轉換的典型例子，是利用半導體材料的光生伏特原理制成的。根 據(jù)半導體光電轉換材料種類不同，太陽能電池可以分為硅基太陽能電池(請
參見太陽能電池及多晶硅的生產(chǎn)，材料與冶金學報，張明杰等，vo16， p33-38 (2007))、砷化鎵太陽能電池、有機薄膜太陽能電池等。
目前，太陽能電池以硅基太陽能電池為主。請參閱圖l,為現(xiàn)有技術中 的硅基太陽能電池30包含一背電極32、 一硅片襯底34、 一摻雜硅層36和 一上電極38。在硅基太陽能電池中，作為光電轉換的材料的硅片襯底通常 采用單晶硅制成。因此，要獲得高轉換效率的硅基太陽能電池，就需要制備 出高純度的單晶硅。所述背電極32設置于所述硅片襯底34的第一表面341， 且與該硅片襯底34的第一表面341歐姆接觸。所述硅片襯底34的第二表面 343設置有多個間隔設置的凹孔342。所述摻雜硅層36形成于所述凹孔342 的內(nèi)表面344，起到光電轉換的作用。所述上電極38設置于所述硅片襯底 34的第二表面343?，F(xiàn)有技術一般采用導電金屬網(wǎng)格作為上電極38,然而 導電金屬都是不透明的材料，降低了太陽光的透過率。為了進一步增加太陽 光的透過率，故采用透明的銦錫氧化物層作為上電極38,但由于銦錫氧化 物層的機械和化學耐用性不夠好，導致了現(xiàn)有的太陽能電池的耐用性低。同 時，由于所述摻雜硅層36本身的吸光性不是很好，故所述硅基太陽能電池 30的光電轉換效率不高。
因此，確有必要提供一種太陽能電池，所得到的太陽能電池具有較高的 光電轉換效率、耐用性高、阻值分布均勻及透光性好。

發(fā)明內(nèi)容
一種太陽能電池包括一背電極、 一硅片襯底、 一摻雜硅層和一上電極。 所述硅片襯底包括相對設置的一第一表面和一第二表面。所述背電極設置于 所述硅片襯底的第一表面，且與該硅片襯底第一表面歐姆接觸。所述硅片襯 底的第二表面設置有多個間隔設置的凹孔。所述摻雜硅層形成于所述硅片襯 底第二表面的凹孔的內(nèi)表面。所述上電極設置于所述硅片襯底的第二表面。 該上電極包括一碳納米管復合結構。
與現(xiàn)有技術相比較，所述太陽能電池具有以下優(yōu)點其一，碳納米管復 合結構具有良好的吸收太陽光能力，所得到的太陽能電池具有較高的光電轉 換效率；其二，碳納米管復合結構具有很好的韌性和機械強度，故，采用碳 納米管復合結構作上電極，可以相應的提高太陽能電池的耐用性。


圖1是現(xiàn)有技術中太陽能電池的結構示意圖。 圖2是本技術方案實施例的太陽能電池的側視結構示意圖。 圖3是本技術方案實施例的太陽能電池的上電極的結構示意圖。 圖4是本技術方案實施例的太陽能電池采用有序碳納米管薄膜的部分放 大示意圖。
具體實施例方式
以下將結合附圖詳細說明本技術方案太陽能電池。
請參閱圖2,本技術方案實施例提供一種太陽能電池10包括一背電極 12、 一硅片襯底14、 一摻雜硅層16、 一上電極18、 一減反層22和至少一電 才及20。所述硅片襯底14包括相對設置的一第一表面141和一第二表面143。 所述背電極12設置于所述硅片襯底14的第一表面141,且與所述硅片襯底 14的第一表面141歐姆接觸。所述硅片襯底14的第二表面143設置有多個 間隔設置的凹孔142。所述摻雜硅層16形成于所述硅片4十底14第二表面143 的凹孔142的內(nèi)表面144。所述上電極18設置于所述珪片襯底14的第二表 面143。該上電極18包括一碳納米管復合結構。所述減反層22設置于所述上電極18的第一表面181。所述至少一電極20設置于所述減反層22的表面。
所述至少一電極20是一可選擇的結構。該電極20的材料為銀、金、含 碳納米管的導電材料或者其他常用作電極的導電材料。所述電極20的形狀 和厚度不限，還可設置于所述上電極18的第一表面181或者第二表面182， 并與上電極18的第一表面181或者第二表面182電接觸。所述電極20的設 置可用于收集流過所述上電極18中的電流，并與外電路連接。
所述減反層22是一可選擇的結構。該減反層22的材料為二氧化鈦或者 氧化鋅鋁等。所述減反層22可設置于所述上電極18的第一表面181或者第 二表面182,用以減少所述上電極18對太陽光的反射，從而進一步提高所述 太陽能電池10的光電轉換效率。
所述背電極12的材料可為鋁、鎂或者銀等金屬。所述背電極12的厚度 為10微米 300微米。所述背電極12的形狀和厚度不限。
所述硅片襯底14為P型單晶硅片。該P型單晶硅片的厚度為200微米 ~300微米。所述多個凹孔142之間的距離為10微米~30微米，深度為50微 米 7(M鼓米。所述多個凹孔142的形狀和大小不限，該凹孔142的橫截面可 以為正方形、梯形或者三角形等多邊形。所述摻雜硅層16的材料為N型摻 雜硅層，可通過向所述硅片襯底14注入過量的如磷或者砷等N型摻雜材料 而形成。所述N型摻雜硅層16的厚度為500納米 1微米。所述N型摻雜材 料與所述P型硅片襯底14形成多個P-N結結構，從而實現(xiàn)所述太陽能電池 中光能到電能的轉換。所述凹孔142的結構使所述硅片襯底14的第二表面 143具有良好的陷光機制和較大的P-N結的界面面積，可以提高所述太陽能 電池的光電轉換效率。
請參閱圖3，所述上電極18具有一定的空隙、很好的韌性和機械強度以 及均勻分布的結構，以使所述太陽能電池IOO具有良好的透光性以及很好的 耐用性，從而提高所述太陽能電池100的性能。所述上電極18包括一碳納 米管復合結構，用以收集所述P-N結中通過光能向電能轉換而產(chǎn)生的電流。 該碳納米管復合結構包括一碳納米管結構183和大量的金屬顆粒184。所述 金屬顆粒184為鉑顆粒、鈀顆粒、釕顆粒、銀顆粒、金顆粒或其混合。該金 屬顆粒184的平均粒徑大小為1納米 10納米。所述碳納米管的質量占所述 碳納米管復合結構質量的70%~90%。所述金屬顆粒184的質量占所述碳納米管復合結構質量的10%~30%。其中，金屬顆粒184均勻分布于所述碳納 米管結構183中形成碳納米管復合結構。所述碳納米管結構183包括無序碳 納米管層或者有序碳納米管層?？蓪⑻技{米管結構183浸泡于含由金屬鹽的 溶液中，使金屬鹽吸附在所述碳納米管結構183的表面，然后在還原性氣氛 下，高溫還原吸附于碳納米管結構183的金屬鹽?；蛘卟捎脷庀喑练e和化學 鍍的方法在碳納米管結構183的表面包覆上金屬納米粒子或者納米膜。
所述無序碳納米管層包括多個無序排列的碳納米管。該碳納米管在無序 碳納米管層中相互纏繞或者各向同性。
所述有序碳納米管層包括多個有序排列的碳納米管。所述的多個碳納米 管在該有序碳納米管層中平行于所述有序碳納米管層的表面排列，且沿同一 方向或者沿多個方向擇優(yōu)取向排列。
所述碳納米管結構183中的碳納米管為單壁碳納米管、雙壁碳納米管或 者多壁碳納米管。當所述碳納米管結構183中的碳納米管為單壁碳納米管時， 該單壁碳納米管的直徑為0.5納米 50納米。當所述碳納米管結構183中的 碳納米管為雙壁碳納米管時，該雙壁碳納米管的直徑為1.0納米 50納米。 當所述碳納米管結構183中的碳納米管為多壁碳納米管時，該多壁碳納米管 的直徑為1.5納米~50納米。由于所述碳納米管結構183中的碳納米管非常 純凈，且由于碳納米管本身的比表面積非常大，所以該碳納米管結構183本 身具有較強的粘性。該碳納米管結構183可利用其本身的粘性直接固定于所 述硅片襯底14的第二表面143。
一部分太陽光通過該碳納米管復合結構中相鄰的碳納米管之間的空隙 照射進所述凹孔142內(nèi)，另一部分太陽光照射在所述上電極18上。當太陽 光照射到所述上電極18中的金屬顆粒184的表面時，就會在金屬顆粒184 的內(nèi)部生成表面等離子體，即濃度相同的正、負電荷組成的體系。該體系是 電中性的，平衡時各處正、負電荷密度相等。但由于太陽光照射所引起的熱 起伏效應，局部平衡被破壞，引起正電荷和負電荷在金屬顆粒184內(nèi)部反復 運動便產(chǎn)生振蕩，稱為表面等離子體振蕩。當入射太陽光的頻率與表面等離 子體振蕩頻率相等時，金屬顆粒184內(nèi)部的自由電子會產(chǎn)生共振，表面等離 子體會形成輻射態(tài)，即向外輻射照射在所述上電極18的太陽光。這樣金屬 顆粒184會把太陽光輻射進所述凹孔142中，從而增加了所述太陽能電池10對太陽光的吸收。
請參閱圖4,本實施例的碳納米管結構183優(yōu)選采用至少一有序碳納米 管薄膜185。該有序碳納米管薄膜185通過直接拉伸一碳納米管陣列獲得。 該有序碳納米管薄膜185包括沿同一方向定向排列的碳納米管。具體地，所 述有序碳納米管薄膜185包括多個首尾相連且長度相等的碳納米管束186。 所述碳納米管束186的兩端通過范德華力相互連接。每個碳納米管束186包 括多個長度相等且平行排列的碳納米管187。所述相鄰的碳納米管187之間 通過范德華力緊密結合。所述有序碳納米管薄膜185是由碳納米管陣列經(jīng)進 一步處理得到的，故其長度與寬度和碳納米管陣列所生長的基底的尺寸有 關。可根據(jù)實際需求制得。本實施例中，采用氣相沉積法在4英寸的基底生 長超順排碳納米管陣列。所述有序碳納米管薄膜185的寬度可為0.01厘米 ~10厘米，厚度為10納米 10(H效米。
可以理解，所述碳納米管結構183可以進一步包括至少兩個重疊設置的 有序碳納米管薄膜185。具體地，相鄰的兩個有序碳納米管薄膜185中的碳 納米管具有一交叉角度a,且0度蟲^0度，具體可依據(jù)實際需求制備?？?以理解，由于碳納米管結構183中的有序碳納米管薄膜185可重疊設置，故， 上述碳納米管結構183的厚度不限，可根據(jù)實際需要制成具有任意厚度的碳 納米管結構183。
所述有序碳納米管薄膜185是由碳納米管陣列經(jīng)進一步處理得到的，其 長度和寬度可以較準確地控制。該有序碳納米管薄膜185中碳納米管首尾相 連，且長度相等并均勻、有序分布、相鄰的碳納米管之間具有空隙，從而使 得所述碳納米管復合結構具有均勻的阻值分布和透光特性。所述碳納米管復 合結構具有很好的韌性和機械強度，故，采用該碳納米管復合結構作上電極， 可以相應提高所述太陽能電池的耐用性。
所述太陽能電池IO在應用時，太陽光照射到所述碳納米管復合結構， 并通過該碳納米管復合結構中相鄰的碳納米管之間的空隙照射到所述太陽 能電池10中的多個凹孔142內(nèi)，太陽光通過所述凹孔142的內(nèi)壁多次反射， 從而增加了該太陽能電池10中所述硅片襯底14的第二表面143的陷光性能。 在所述多個凹孔142內(nèi)，P型硅片襯底和N型4參雜材料接觸在一起的面形成 有多個P-N結。在接觸面上N型摻雜材料多余電子趨向P型硅片襯底，并
8形成阻擋層或接觸電位差。當P型硅片襯底接正極，N型摻雜材料接負極，
N型摻雜材料多余電子和P-N結上電子容易往正極移動，且阻擋層變薄接觸 電位差變小，即電阻變小，可形成較大電流。即，所述P-N結在太陽光的激 發(fā)下產(chǎn)生多個電子-空穴對，電子-空穴對在靜電勢能作用下分離，N型摻雜 材料中的電子向所述碳納米管復合結構移動，P型硅片襯底中的空穴向所述 背電極12移動，然后被背電極12和作為上電極的碳納米管復合結構收集， 這樣外電路就有電流通過。
所述太陽能電池具有以下優(yōu)點其一，碳納米管復合結構具有良好的吸 收太陽光能力，所得到的太陽能電池具有較高的光電轉換效率；其二，碳納 米管復合結構具有很好的韌性和機械強度，故，采用碳納米管復合結構作上 電極，可以相應的提高太陽能電池的耐用性；其三，由于碳納米管復合結構 具有較均勻的結構，故，采用碳納米管復合結構作上電極，可使得上電極具 有均勻的電阻，從而提高太陽能電池的性能；其四，碳納米管復合結構中相 鄰的碳納米管之間具有均勾分布的空隙，故，故，采用碳納米管復合結構作 上電極，可使得上電極對太陽光具有很好的透光性；其五，由于金屬顆粒的 存在，在太陽光的照射下該金屬顆粒可以產(chǎn)生表面等離子體，從而增強了所 述太陽能電池對太陽光的吸收。
另外，本領域技術人員還可在本發(fā)明精神內(nèi)做其他變化，當然，這些依 據(jù)本發(fā)明精神所做的變化，都應包含在本發(fā)明所要求保護的范圍之內(nèi)。
權利要求
1.一種太陽能電池，其包括一硅片襯底，該硅片襯底包括相對設置的一第一表面和一第二表面，該硅片襯底的第二表面設置有多個間隔設置的凹孔；一背電極，該背電極設置于所述硅片襯底的第一表面，且與該硅片襯底第一表面歐姆接觸；一摻雜硅層，該摻雜硅層形成于所述硅片襯底第二表面的凹孔的內(nèi)表面；一上電極，該上電極設置于所述硅片襯底的第二表面；其特征在于，所述上電極包括一碳納米管復合結構。
2. 如權利要求l所述的太陽能電池，其特征在于，所述碳納米管復合結構包括 一碳納米管結構和大量均勻分布于該碳納米管結構中的金屬顆粒。
3. 如權利要求2所述的太陽能電池，其特征在于，所述金屬顆粒為鉑顆粒、鈀 顆粒、釕顆粒、4艮顆粒、金顆粒或其混合，其平均粒徑為1納米 10納米。
4. 如權利要求2所述的太陽能電池，其特征在于，所述碳納米管結構包括無序 碳納米管層或者有序碳納米管層。
5. 如權利要求4所述的太陽能電池，其特征在于，所述無序碳納米管層包括多 個無序排列的碳納米管。
6. 如權利要求4所述的太陽能電池，其特征在于，所述有序碳納米管層包括多 個有序排列的碳納米管。
7. 如權利要求4所述的太陽能電池，其特征在于，所述有序碳納米管層包括至 少 一有序^f友納米管薄膜，該有序-友納米管薄膜通過直接拉伸一^友納米管陣列 獲得，且包括沿同一方向排列的碳納米管。
8. 如權利要求7所述的太陽能電池，其特征在于，所述有序碳納米管薄膜包括 多個首尾相連且長度相等的碳納米管束，該碳納米管束的兩端通過范德華力 相互連接，每個碳納米管束包括多個長度相等且平行排列的碳納米管。
9. 如權利要求7所述的太陽能電池，其特征在于，所述有序碳納米管層包括至 少兩個重疊設置的有序碳納米管薄膜。
10. 如權利要求9所述的太陽能電池，其特征在于，所述相鄰兩個有序碳納米管薄膜中的碳納米管之間具有一交叉角度ce，且0度^e^0度。
11. 如權利要求1所述的太陽能電池，其特征在于，所述硅片襯底為P型單晶硅 片，該P型單晶硅片的厚度為200微米 300微米。
12. 如權利要求1所述的太陽能電池，其特征在于，所述多個凹孔的間距為10 微米 30微米，深度為50微米~70微米。
13. 如權利要求1所述的太陽能電池，其特征在于，所述摻雜硅層為摻雜有磷或 者砷的N型硅層。
14. 如權利要求1所述的太陽能電池，其特征在于，該太陽能電池進一步包括至 少一電極，該電極設置于所述上電極的表面，并與該上電極的表面電4妄觸。
15. 如權利要求1所述的太陽能電池，其特征在于，該太陽能電池進一步包括一 減反層，該減反層設置于所述上電極的表面。
16. 如權利要求15所述的太陽能電池，其特征在于，所述減反層的材料為二氧 化鈦或者氧化鋅鋁。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種太陽能電池，該太陽能電池包括一背電極、一硅片襯底、一摻雜硅層和一上電極。所述硅片襯底包括相對設置的一第一表面和一第二表面。所述背電極設置于所述硅片襯底的第一表面，且與該硅片襯底第一表面歐姆接觸。所述硅片襯底的第二表面設置有多個間隔設置的凹孔。所述摻雜硅層形成于所述硅片襯底第二表面的凹孔的內(nèi)表面。所述上電極設置于所述硅片襯底的第二表面。該上電極包括一碳納米管復合結構。
文檔編號H01L31/052GK101562203SQ200810066749
公開日2009年10月21日 申請日期2008年4月18日 優(yōu)先權日2008年4月18日
發(fā)明者姜開利, 孫海林, 李群慶, 范守善 申請人:清華大學;鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司