專利名稱：一種具有雙面異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的太陽(yáng)能電池及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微納加工領(lǐng)域，更具體地，涉及一種具有異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的太陽(yáng)能電池及這種異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的制備方法。
背景技術(shù)：
自上世界80年代第一塊太陽(yáng)能電池制備成功以來(lái)，太陽(yáng)能電池技術(shù)迅猛發(fā)展，如今太陽(yáng)能電池已被廣泛應(yīng)用。太陽(yáng)能電池發(fā)電的能量來(lái)源于太陽(yáng)能，不會(huì)消耗自然界其他能源，也不會(huì)排放二氧化碳等污染物，不會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境造成破壞，是清潔的能源方式。太陽(yáng)能電池發(fā)電的原理是:太陽(yáng)照在半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)上，形成新的空穴-電子對(duì)，當(dāng)外部電路接通以后，在異質(zhì)結(jié)電場(chǎng)作用下，由光照產(chǎn)生的空穴、電子發(fā)生定向移動(dòng)，從而形成電流。太陽(yáng)能電池的發(fā)電效率跟異質(zhì)結(jié)的面積和對(duì)太陽(yáng)光的吸收率有關(guān)。因此增加異質(zhì)結(jié)的面積和太陽(yáng)光的吸收率可以提高太陽(yáng)能電池的發(fā)電效率。此外，由于太陽(yáng)能電池所使用的環(huán)鏡都在室外，所處環(huán)境比較惡劣，太陽(yáng)能電池表面沉積的污染物對(duì)發(fā)電效率也會(huì)造成極大地影響。如果太陽(yáng)能電池表面疏水，雨水會(huì)沖洗掉表面的污染物，污水也不會(huì)殘留在表面，即具有較好的自清潔能力，因此也能提高太陽(yáng)能電池的發(fā)電效率。目前一種增加異質(zhì)結(jié)的面積的方式是在異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)上生長(zhǎng)納米線，納米線可以大幅度增加表面積，并且具有較好的疏水特性，因此可以顯著提高異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電池的發(fā)電效率。納米線的主要制備方法有生長(zhǎng)和濕法刻蝕，生長(zhǎng)可以是在氣氛環(huán)境下也可以在溶液中，濕法刻蝕是在刻蝕溶液中進(jìn)行的。當(dāng)納米線與微米結(jié)構(gòu)相結(jié)合時(shí)，更會(huì)表現(xiàn)出更優(yōu)異的性能。現(xiàn)有的異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電池中，其異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)通常是表面為平面或者在表面生長(zhǎng)納米線的結(jié)構(gòu)，存在表面面積不夠大，疏水性不夠好，自清潔能力不強(qiáng)等缺陷，阻礙了太陽(yáng)能電池效率的提聞。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述技術(shù)缺陷，本發(fā)明的目的之一在于提供一種具有雙面異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的太陽(yáng)能電池，其異質(zhì)結(jié)是通過(guò)在微米管管壁內(nèi)外表面雙面生長(zhǎng)納米線形成，從而可極大地增加表面積，帶來(lái)很好的光吸收特性和疏水特性，具有良好的自清潔能力，并能夠大幅度提高發(fā)電效率。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的該第一目的的一種具有雙面異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的太陽(yáng)能電池，其特征在于，所述雙面異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)包括:基底，生長(zhǎng)或刻蝕在該基底上的微米管，其特征在于，所述微米管的內(nèi)管壁和外管壁表面均生長(zhǎng)或刻蝕有納米線。作為進(jìn)一步的改進(jìn)，所述微米管的管體頂部端面也生長(zhǎng)或刻蝕有納米線。作為進(jìn)一步的改進(jìn)，所述納米線材料為硅、二氧化鈦、氮化硅或氧化鋅。作為進(jìn)一步的改進(jìn)，所述納米線材料與基底或微米管的材料不同或相同。作為進(jìn)一步的改進(jìn)，所述納米線的直徑優(yōu)選可以為30nm 500nm。
作為進(jìn)一步的改進(jìn)，所述微米管呈陣列布置在基底上。本發(fā)明的目的之二在于提供一種具有雙面異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的太陽(yáng)能電池的制備方法，其包括制備雙面異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的步驟，該步驟具體為:制作基底；在基底上生長(zhǎng)或刻蝕微米管陣列；在上述微米管的內(nèi)管壁和外管壁表面均生長(zhǎng)或刻蝕納米線。作為進(jìn)一步的改進(jìn)，在所述微米管的管體頂部端面也生長(zhǎng)或刻蝕納米線。作為進(jìn)一步的改進(jìn)，可以對(duì)納米線進(jìn)行參雜處理。本發(fā)明的雙面異質(zhì)結(jié)基底的材料可以為硅，例如單晶硅、多晶硅和硅材料的薄膜。本發(fā)明的雙面異質(zhì)結(jié)的微米管的材料可以為硅，是通過(guò)刻蝕或者生長(zhǎng)的方法在基底上得到的，微米管的外部直徑優(yōu)選可以為2 30μπι。本發(fā)明的雙面異質(zhì)結(jié)的微米管管壁上的納米線是生長(zhǎng)或者刻蝕出來(lái)的，生長(zhǎng)的環(huán)境為氣體或者溶液，刻蝕的環(huán)境為刻蝕溶液。微米管管壁的內(nèi)側(cè)和外側(cè)均生長(zhǎng)有納米線，納米線的直徑優(yōu)選可以為30nm 500nm。本發(fā)明的雙面異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電池的納米線所用的材料可以跟微米管和基底材料相同，也可以不同，例如可以是硅材料，也可以是其他材料，如二氧化鈦、氮化硅、氧化鋅等。本發(fā)明的異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)通過(guò)在基地表面上布置微米管柱，再在微米柱的側(cè)壁和頂部上生長(zhǎng)納米線，則太陽(yáng)能電池的表面積將會(huì)大幅度增加，進(jìn)一步地，在基底上布置有微米管，再在微米管的內(nèi)外側(cè)都生長(zhǎng)納米線，則表面積比微米柱上生長(zhǎng)納米線增大將近一倍。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的太陽(yáng)能電池表面積會(huì)極大的增大，光吸收率和疏水特性也得到提聞，從而能夠較大地提聞太陽(yáng)能電池效率。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例的一種雙面異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電池示意圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例一所制得的異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例二所制得的異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)示意圖；圖中:1-納米線，2-微米管，3-基底。
具體實(shí)施例方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。實(shí)施例一圖1是本發(fā)明實(shí)施例中利用上述異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)制備的一種雙面異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電池的示意圖。本實(shí)施例的太陽(yáng)能電池的雙面異質(zhì)結(jié)包括納米線1、微米管2和基底3，微米管2呈陣列排列設(shè)置在基底3上，微米管陣列呈正方形排布，微米管2的內(nèi)管壁和外管壁上生長(zhǎng)有材料為氧化鋅的納米線I。當(dāng)然，微米管2的頂端管體端面上也可以生長(zhǎng)或刻蝕有納米線I。
圖2是按照本實(shí)施例一的異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的俯視圖，基底I優(yōu)選為單晶硅片，使用光刻工藝和誘導(dǎo)等離子體刻蝕的方法在基底上刻蝕出微米管陣列，微米管的外徑可優(yōu)選為3 μ m，微米管陣列為正方排布(即行列整齊排布)；管壁上的納米線是通過(guò)濕法刻蝕的方法得到的，納米線材料可優(yōu)選為硅，納米線的直徑可優(yōu)選為300nm。實(shí)施例二本實(shí)施例的太陽(yáng)能電池的雙面異質(zhì)結(jié)包括納米線1、微米管2和基底3，微米管2呈陣列排列設(shè)置在基底3上，微米管呈陣列排布，微米管2的內(nèi)管壁和外管壁上生長(zhǎng)有材料為二氧化鈦的納米線I。當(dāng)然，微米管2的頂端管體端面上也可以生長(zhǎng)或刻蝕有納米線I。圖3是按照本發(fā)明實(shí)施例二的異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的俯視圖，其中基底I為多晶硅片，使用生長(zhǎng)的方法制備得到微米管陣列，微米管陣列可以為六角形排布，微米管的外徑優(yōu)選為30 μ m。管壁上的納米線I是通過(guò)在生長(zhǎng)溶液中生長(zhǎng)得到的，納米線材料可以為氧化鋅，納米線的直徑為50nm。納米線材料不限定為上述實(shí)施例中的幾種，其可以跟微米管和基底材料相同，也可以不同，例如可以是硅材料，也可以是其他材料，如二氧化鈦、氮化硅、氧化鋅等。微米管的材料不限定為上述實(shí)施例中的幾種，微米管在基底上的形成可以是通過(guò)刻蝕或者生長(zhǎng)的方法得到，也可以采用其他方式。微米管的外部直徑優(yōu)選可以為2 30 μ m0基底的材料不限定為上述實(shí)施例中的幾種，可以為硅，例如單晶硅、多晶硅和硅材料的薄膜，也可以為其他合適的材料。在微米柱上生長(zhǎng)納米線比在平面上生長(zhǎng)納米線具有更大的表面積，而將微米柱變成微米管，在微米管的內(nèi)外兩側(cè)都生長(zhǎng)納米線，表面積增加會(huì)將近一倍，并且對(duì)太陽(yáng)光的吸收性能和疏水特性更好。本實(shí)施例中的太陽(yáng)能電池，其采用由微米管管壁和納米線構(gòu)成的異質(zhì)節(jié)結(jié)構(gòu)，極大地增加了太陽(yáng)能電池的表面積，從而可以增加光吸收效率和疏水特性，能大幅度提高太陽(yáng)能電池效率。本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種具有雙面異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的太陽(yáng)能電池，其中，該雙面異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)包括: 基底(3)； 生長(zhǎng)或刻蝕在該基底(3)上的微米管(2)； 其特征在于，所述微米管(2)的內(nèi)管壁和外管壁表面均生長(zhǎng)或刻蝕有納米線(I)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述具有雙面異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的太陽(yáng)能電池，所述微米管(2)的管體頂部端面也生長(zhǎng)或刻蝕有納米線(I)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的具有雙面異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的太陽(yáng)能電池，其中，所述納米線Cl)的材料為硅、二氧化鈦、氮化硅或氧化鋅。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的具有雙面異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的太陽(yáng)能電池，其中，所述納米線(I)的材料與基底(3)或微米管(2)的材料不同或相同。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的具有雙面異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的太陽(yáng)能電池，其中，所述納米線(I)的直徑優(yōu)選可以為30nm 500nm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的具有雙面異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的太陽(yáng)能電池，其中，所述微米管(2)呈陣列布置在基底(3)上。
7.一種具有雙面異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的太陽(yáng)能電池的制備方法，其包括制備雙面異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的步驟，該步驟具體為: 制作基底(3)； 在所述基底(3)上生長(zhǎng)或刻蝕微米管(2)陣列； 在上述微米管(2 )的內(nèi)管壁和外管壁表面均生長(zhǎng)或刻蝕納米線(I)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備方法，其中，在所述微米管(2)的管體頂部端面也生長(zhǎng)或刻蝕納米線(I)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的制備方法，其中，還可以對(duì)所述納米線(I)進(jìn)行參雜處理。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種具有雙面異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的太陽(yáng)能電池，其中該雙面異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)包括基底(3)，生長(zhǎng)或刻蝕在該基底(3)上的微米管(2)，其特征在于，所述微米管(2)的內(nèi)管壁和外管壁表面均生長(zhǎng)或刻蝕有納米線(1)。本發(fā)明還公開(kāi)了一種雙面異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的制備方法，包括制作基底(3)；在所述基底(3)上生長(zhǎng)或刻蝕微米管(2)陣列；在上述微米管(2)的內(nèi)管壁和外管壁表面均生長(zhǎng)或刻蝕納米線(1)。本發(fā)明還公開(kāi)了一種具有上述異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的太陽(yáng)能電池。本發(fā)明的異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)可極大地增加表面積，從而具有很好的光吸收特性和疏水特性，具有該結(jié)構(gòu)的太陽(yáng)能電池具有良好的自清潔能力，并能夠大幅度提高發(fā)電效率。
文檔編號(hào)H01L31/18GK103077993SQ201310025860
公開(kāi)日2013年5月1日 申請(qǐng)日期2013年1月23日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月23日
發(fā)明者廖廣蘭, 史鐵林, 譚先華, 盛文軍, 孫博, 江婷 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)