專利名稱：表面組合式光柵結(jié)構(gòu)的太陽能電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于表面微結(jié)構(gòu)太陽能電池，特別是一種表面組合式光柵結(jié)構(gòu)的太陽能電 池。
背景技術(shù)：
太陽能電池是直接將太陽光能轉(zhuǎn)化成電能的器件。一般而言，太陽能電池具有無 噪音、無氣無味、對(duì)環(huán)境無污染，在發(fā)電過程中其本身不發(fā)生化學(xué)變化，也沒有機(jī)械磨耗，被 廣泛應(yīng)用于科學(xué)研究和日常生活中。目前，提高電池光電轉(zhuǎn)換效率和降低電池制作成本是 最為關(guān)鍵的問題。盡可能多地將太陽輻射的能量進(jìn)行收集是提高效率的主要途徑。由于獨(dú) 特的光學(xué)和電學(xué)特性，太陽能電池表面微結(jié)構(gòu)在增加能量獲取方面?zhèn)涫懿毮?。各國科研人員在不斷地通過實(shí)驗(yàn)和理論研究各種微結(jié)構(gòu)表面太陽能電池。 Rockstuhl研究了金屬納米柱表面的非晶硅太陽能電池，可增加50%的光子吸收。Pillai 等人對(duì)硅電池表面加Ag納米粒子，發(fā)現(xiàn)由于表面等離子效應(yīng)，電池表面吸收被大大增強(qiáng)。 另外硅納米線和硅納米柱對(duì)提高太陽能電池表面吸收率和光電轉(zhuǎn)換效率有很大的潛力。在 眾多的太陽能電池納米結(jié)構(gòu)表面中，光柵結(jié)構(gòu)可能是制造高效率的硅太陽能電池最普遍的 方法之一。由此可見，具有微結(jié)構(gòu)表面的太陽能電池相對(duì)于普通的太陽能電池，光譜吸收和 效率已經(jīng)有了一定的提高，但仍然存在一定的問題一般陣列的周期性微結(jié)構(gòu)表面在電池 工作的某些波段，其太陽光譜吸收率不高，導(dǎo)致在整個(gè)工作波段的吸收不理想，直接影響 了電池的光電轉(zhuǎn)換效率。其中，對(duì)比文獻(xiàn)1(D. L. Brundrett，Τ. K. Gaylord, Ε. N. Glytsis. Polarizing mirror/absorber for visible wavelengths based on a silicon subwavelength grating :design and fabrication, Appl. Opt. 1998)米用周期280nm,光柵 深度llOnm，填充比0. 68的單調(diào)光柵結(jié)構(gòu)，其吸收率在短波段是67%左右，整個(gè)計(jì)算波段平 均吸收率只有84%。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種能夠在整個(gè)硅太陽能電池工作波段有很高吸收率的 的組合式光柵結(jié)構(gòu)，能夠提高太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化效率。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為一種表面組合式光柵結(jié)構(gòu)的太陽能電池，包 括背電極、硅片襯底，所述背電極設(shè)置于所述硅片襯底的下表面，且與該硅片襯底表面歐姆 接觸，硅片襯底的上表面形成組合式光柵，該組合式光柵在一個(gè)結(jié)構(gòu)周期內(nèi)包括不同深度 的光柵。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)(1)在塊狀硅材料的基底上形成有序排列 的組合式一維光柵結(jié)構(gòu)，在一個(gè)光柵周期中包括幾個(gè)寬度相同、深度不等的光柵，簡(jiǎn)單易 行。( 強(qiáng)化了硅太陽能電池表面的光譜吸收，提高了太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化效率。下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。


圖1是組合式光柵表面在硅電池工作波段的吸收率曲線。圖2是本發(fā)明表面組合式光柵結(jié)構(gòu)剖面圖。
具體實(shí)施例方式結(jié)合圖2，本發(fā)明表面組合式光柵結(jié)構(gòu)的太陽能電池，包括背電極、硅片襯底，所述 背電極設(shè)置于所述硅片襯底的下表面，且與該硅片襯底表面歐姆接觸，硅片襯底的上表面 形成組合式光柵，該組合式光柵在一個(gè)結(jié)構(gòu)周期內(nèi)包括不同深度的光柵。不同深度的光柵 的個(gè)數(shù)可為兩個(gè)或兩個(gè)以上，其中兩個(gè)以上的光柵任意排列，即光柵的排列可以由低深度 向高深度排列，或者由高深度向低深度排列，或者低深度和高深度間隔排列等等。當(dāng)太陽光 入射到組合式光柵表面時(shí)，光與電池接觸面積增大，光子在電池內(nèi)部運(yùn)動(dòng)路徑變長(zhǎng)，能量被 束縛在光柵槽中，激發(fā)了微腔效應(yīng)，由于光柵深度不同，其強(qiáng)度大于一般單調(diào)光柵所激發(fā)的 微腔效應(yīng)，因此強(qiáng)化了硅太陽能電池表面的光譜吸收。光柵結(jié)構(gòu)周期可以不超過1500nm，光 柵深度h可以不超過lOOOnm，光柵深度比根據(jù)一個(gè)結(jié)構(gòu)周期內(nèi)光柵的設(shè)置個(gè)數(shù)進(jìn)行選取， 整個(gè)光柵的寬度與光柵結(jié)構(gòu)周期的比值(即填充比)不超過0. 9。實(shí)施例1本發(fā)明表面組合式光柵結(jié)構(gòu)的太陽能電池的光柵結(jié)構(gòu)周期Λ = 300nm，填充比為 0.8，即光柵寬度Wl = W2 = W3 = 80nm，光柵深度比為Ii1 h2 h3 = 1 2 3，數(shù)值依次 為50nm，IOOnm, 150nm。結(jié)合圖1吸收率在整個(gè)硅電池工作波段都高于85%，平均吸收率超 過95%，電池的光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)27. 59%。實(shí)施例2本發(fā)明表面組合式光柵結(jié)構(gòu)的太陽能電池的光柵結(jié)構(gòu)周期Λ = 500nm，填充比為 0.8，即光柵寬度 W1=W2 = W3 = W4 = W5 = SOnm,光柵深度比為 Ii1 h2 h3 h4 h5 = 1:2:3:2: 1，數(shù)值依次為50歷，100歷，150歷，100歷，5011111時(shí)，通過時(shí)域有限差分方 法計(jì)算吸收率在整個(gè)硅電池工作波段都高于75 %，平均吸收率超過89 %，電池的光電轉(zhuǎn)換 效率達(dá)26. 83%。實(shí)施例3本發(fā)明表面組合式光柵結(jié)構(gòu)的太陽能電池的光柵結(jié)構(gòu)周期Λ = 1500nm，填充比 為0.9，即光柵寬度W1 = W2 = W3 = 450nm，光柵深度比為Ii1 h2 h3 = 1 3 2，數(shù)值 依次為250nm，750nm，500nm時(shí)，通過時(shí)域有限差分方法計(jì)算平均吸收率超過69 %，電池的 光電轉(zhuǎn)換效率為25. 53%。
權(quán)利要求
1.一種表面組合式光柵結(jié)構(gòu)的太陽能電池，包括背電極、硅片襯底，所述背電極設(shè)置于 所述硅片襯底的下表面，且與該硅片襯底表面歐姆接觸，其特征在于硅片襯底的上表面形 成組合式光柵，該組合式光柵在一個(gè)結(jié)構(gòu)周期內(nèi)包括不同深度的光柵。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面組合式光柵結(jié)構(gòu)的太陽能電池，其特征在于不同深度的 光柵的個(gè)數(shù)為兩個(gè)或兩個(gè)以上，其中兩個(gè)以上的光柵任意排列。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的表面組合式光柵結(jié)構(gòu)的太陽能電池，其特征在于光柵結(jié) 構(gòu)周期不超過1500nm，光柵深度h不超過lOOOnm，光柵深度比根據(jù)一個(gè)結(jié)構(gòu)周期內(nèi)光柵的 設(shè)置個(gè)數(shù)進(jìn)行選取，整個(gè)光柵的寬度與光柵結(jié)構(gòu)周期的比值不超過0.9。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的表面組合式光柵結(jié)構(gòu)的太陽能電池，其特征在于光柵結(jié)構(gòu)周 期Λ = 300nm，填充比為0.8，即光柵寬度W1 = W2 = W3 = 80nm，光柵深度比為Ii1 h2 h3 =1:2: 3，數(shù)值依次為 50nm，lOOnm，150nm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種表面組合式光柵結(jié)構(gòu)的太陽能電池，包括背電極、硅片襯底，所述背電極設(shè)置于所述硅片襯底的下表面，且與該硅片襯底表面歐姆接觸，硅片襯底的上表面形成組合式光柵，該組合式光柵在一個(gè)結(jié)構(gòu)周期內(nèi)包括不同深度的光柵。本發(fā)明在塊狀硅材料的基底上形成有序排列的組合式一維光柵結(jié)構(gòu)，在一個(gè)光柵周期中包括幾個(gè)寬度相同、深度不等的光柵，簡(jiǎn)單易行；強(qiáng)化了硅太陽能電池表面的光譜吸收，提高了太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化效率。
文檔編號(hào)H01L31/042GK102074601SQ201010565119
公開日2011年5月25日 申請(qǐng)日期2010年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月30日
發(fā)明者宣益民, 李強(qiáng), 楊理理, 譚俊杰, 韓玉閣 申請(qǐng)人:南京理工大學(xué)