多彩太陽能電池及其制備方法技術

本發明專利技術公開了一種多彩太陽能電池及其制備方法。電池為硅襯底上置有表面形成PN結的有序硅納米線陣列，其中，硅納米線的直徑為50?120nm、周期為500?1500nm，表面覆有厚1?200nm的介質層；方法為先于硅襯底表面使用納米球模板法或電子束曝光法或納米壓印技術制作有序掩模后，使用濕法工藝或反應離子刻蝕的博世工藝于其上刻蝕出有序納米線陣列，再使用擴散工藝對其上置有有序硅納米線陣列的硅襯底進行表面摻雜硼元素，之后，于得到的其上置有表面形成PN結的有序硅納米線陣列的硅襯底上使用化學氣相沉積法或電子束蒸發法或原子層沉積技術或旋涂法制作介質層后，于其上制作電極，制得目的產物。它可極易于廣泛地商業化應用于城市中的光伏發電系統。

Colorful solar cell and preparation method thereof

The invention discloses a colorful solar cell and a preparation method thereof. Battery is arranged on the silicon substrate surface to form ordered silicon PN junction nanowire arrays, wherein the silicon nanowires with a diameter of 50 120nm, period is 500 1500nm, coated with dielectric layer thickness of 1 200nm; prior method for silicon substrate surface using nano sphere template method or electron beam exposure method or nano imprinting mask ordered after the BOSCH process using wet process or reactive ion etching on the etched ordered nanowire arrays, then use the diffusion process of silicon substrate with ordered silicon nanowire arrays of boron doped elements on the surface, is to get the home on a deposition or electron beam evaporation method or atomic layer deposition or spin coating made of dielectric layer formed on the surface of the silicon substrate ordered silicon PN junction nanowire arrays on the use of chemical gas, on the electrode, prepared product. The utility model can be widely commercialized and applied to the photovoltaic power generation system in the city.

【技術實現步驟摘要】
多彩太陽能電池及其制備方法
本專利技術涉及一種太陽能電池及制備方法，尤其是一種多彩太陽能電池及其制備方法。
技術介紹
近年來，隨著光伏行業的不斷發展，市場對光伏產品提出了更高的要求。將光伏產品集成在建筑屋頂、外墻屋頂、幕墻等處，以便將其與建筑集成一體化是光伏行業發展的主要方向。由于光伏方陣與建筑的結合不占用額外的地面空間，是光伏發電系統在城市中廣泛應用的最佳安裝方式，因而倍受關注。目前，由于光伏組件一般為藍色或黑色，當這些光伏組件用于同建筑物一體化時，色彩就顯得比較單調，和許多建筑物搭配不相協調，在建筑外觀設計中非常單一，影響了建筑物的美感。近期，人們為了使光伏電池組件與建筑結構實現更完美的融合，在改變光伏電池組件的顏色上作了一些有益的嘗試和努力，如中國專利技術專利申請CN102194918A于2011年9月21日公布的一種彩色太陽能電池的制備方法。該專利技術專利申請中提及的彩色太陽能電池為傳統的硅電池表面覆有氟化鎂和氧化釔組成的彩色復合薄膜(介質層)；制備方法為選取氟化鎂顆粒和氧化釔顆粒作為蒸發源，使用電子束蒸發設備對晶體硅電池片的表面進行蒸發鍍膜，從而獲得產物。這種產物雖可用作彩色太陽能電池，卻和其制備方法都存在著不足之處，首先，產物中的氟化物和氧化釔的價格偏高，使產物的制造成本難以降低，制約了其商業化的應用；其次，制備方法也不能降低制造的成本。
技術實現思路
本專利技術要解決的技術問題為克服現有技術中的不足之處，提供一種結構合理、實用的多彩太陽能電池。本專利技術要解決的另一個技術問題為提供一種上述多彩太陽能電池的制備方法。為解決本專利技術的技術問題，所采用的技術方案為：多彩太陽能電池包括硅襯底和其上的介質層，特別是，所述硅襯底上置有表面形成PN結的有序硅納米線陣列；所述組成有序硅納米線陣列的硅納米線的線直徑為50-120nm、線周期為500-1500nm；所述介質層覆于硅納米線上，其為厚1-200nm的氧化硅層，或氟化鎂層，或氧化鋯層，或氧化鋁層，或聚-3己基噻吩有機半導體層。作為多彩太陽能電池的進一步改進：優選地，有序硅納米線陣列中的硅納米線呈六方分布，或正方分布。優選地，硅納米線的線長為500-3000nm。優選地，硅襯底為單晶硅襯底，或多晶硅襯底。為解決本專利技術的另一個技術問題，所采用的另一個技術方案為：上述多彩太陽能電池的制備方法包括硅襯底的清洗，特別是主要步驟如下：步驟1，先于硅襯底表面使用納米球模板法或電子束曝光法或納米壓印技術制作有序掩模，再于表面覆有有序掩模的硅襯底上使用濕法工藝或反應離子刻蝕的博世工藝刻蝕出有序納米線陣列，得到其上置有有序硅納米線陣列的硅襯底；步驟2，先使用擴散工藝對其上置有有序硅納米線陣列的硅襯底進行表面摻雜硼(B)元素，再于得到的其上置有表面形成PN結的有序硅納米線陣列的硅襯底上使用化學氣相沉積法或電子束蒸發法或原子層沉積技術或旋涂法制作介質層，得到中間產物；步驟3，于中間產物上制作電極，制得多彩太陽能電池。作為多彩太陽能電池的制備方法的進一步改進：優選地，硅襯底為單晶硅襯底，或多晶硅襯底。優選地，硅襯底的清洗為采用RCA標準清洗。優選地，使用納米球模板法制作有序掩模的過程為，先將單層密排的聚苯乙烯膠體納米球轉移至硅襯底的表面后，縮小納米球的直徑到需要的尺寸，再以膠體球模板為掩膜，通過電子束蒸發設備于硅襯底的表面蒸發厚20-30nm的金膜，得到表面覆有有序金掩模的硅襯底。優選地，使用濕法工藝刻蝕出有序納米線陣列的過程為，將表面覆有有序金掩模的硅襯底置于15-25vol％的氫氟酸水溶液中，使用金屬輔助化學刻蝕技術刻蝕8-10min，得到其上置有有序硅納米線陣列的硅襯底。優選地，使用化學氣相沉積法制作氧化硅介質層的過程為，將其上置有表面形成PN結的有序硅納米線陣列的硅襯底置于硅烷流量為20-30sccm、氧氣流量為5-15sccm的混合氣氛中，于200-500℃下10-50min，得到表面形成PN結的有序硅納米線陣列的表面包覆有氧化硅層。相對于現有技術的有益效果是：其一，對制備方法制得的目的產物分別使用掃描電鏡和透射電鏡進行表征，由其結果可知，目的產物為硅襯底上置有表面形成PN結的有序硅納米線陣列；其中，組成有序硅納米線陣列的硅納米線的線直徑為50-120nm、線周期為500-1500nm，硅納米線上覆有厚1-200nm的氧化硅層，或氟化鎂層，或氧化鋯層，或氧化鋁層，或聚-3己基噻吩有機半導體層構成的介質層。有序硅納米線陣列中的硅納米線呈六方分布，或正方分布，硅納米線的線長為500-3000nm。這種由表面形成PN結的硅納米線的表面包覆有介質層的有序陣列組裝于硅襯底上的目的產物，既由于表面形成PN結的硅原子的光電轉換功能；又因有序硅納米線陣列的表面包覆著的介質層，而使共振吸收峰的位置發生了偏移，從而產生出了各種顏色，即當介質層的厚度分別為1-10nm、20-30nm、40-50nm、55-65nm和70-100nm時，目的產物的顏色分別對應為粉紅色、金黃色、褚紅色、青紫色和青色；進而使目的產物具有了色彩可變的光電轉換功能。二，制備方法簡單、科學、有效。不僅制得了結構合理、實用的目的產物——多彩太陽能電池，還使其具有了制造成本低的特點；進而使目的產物極易于廣泛地商業化應用于城市中的光伏發電系統。附圖說明圖1是對制備方法制得的目的產物使用掃描電鏡(SEM)進行表征的結果之一。SEM圖像表明目的產物的表面為有序硅納米線陣列。圖2是對制備方法制得的目的產物中的單根納米線使用透射電鏡(TEM)進行表征的結果之一。TEM圖像顯示出組成有序硅納米線陣列的硅納米線的表面覆有介質層。具體實施方式下面結合附圖對本專利技術的優選方式作進一步詳細的描述。首先從市場購得或自行制得：作為硅襯底的單晶硅襯底和多晶硅襯底，并對其采用RCA標準清洗；商業化單分散的直徑為500-1500nm的聚苯乙烯膠體納米球；氫氟酸水溶液。接著，實施例1制備的具體步驟為：步驟1，先于硅襯底表面使用納米球模板法制作有序掩模；其中，硅襯底為單晶硅襯底，使用納米球模板法制作有序掩模的過程為，將單層密排的球直徑為500nm的聚苯乙烯膠體納米球轉移至硅襯底的表面后，縮小納米球的直徑到50nm，接著，以膠體球模板為掩膜，通過電子束蒸發設備于硅襯底的表面蒸發厚20nm的金膜，得到表面覆有有序金掩模的硅襯底。再于表面覆有有序金掩模的硅襯底上使用濕法工藝刻蝕出有序納米線陣列；其中，使用濕法工藝刻蝕出有序納米線陣列的過程為，將表面覆有有序金掩模的硅襯底置于15vol％的氫氟酸水溶液中，使用金屬輔助化學刻蝕技術刻蝕10min，得到其上置有有序硅納米線陣列的硅襯底。步驟2，先使用擴散工藝對其上置有有序硅納米線陣列的硅襯底進行表面摻雜硼元素。再于得到的其上置有表面形成PN結的有序硅納米線陣列的硅襯底上使用化學氣相沉積法制作由氧化硅層組成的介質層；其中，使用化學氣相沉積法制作由氧化硅層組成的介質層的過程為，將其上置有表面形成PN結的有序硅納米線陣列的硅襯底置于硅烷流量為20sccm、氧氣流量為15sccm的混合氣氛中，于200℃下50min，得到中間產物——其上置有表面形成PN結的有序硅納米線陣列的表面包覆有厚1-10nm的氧化硅層的硅襯底。步驟3，于中間產本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種多彩太陽能電池，包括硅襯底和其上的介質層，其特征在于：所述硅襯底上置有表面形成PN結的有序硅納米線陣列；所述組成有序硅納米線陣列的硅納米線的線直徑為50?120nm、線周期為500?1500nm；所述介質層覆于硅納米線上，其為厚1?200nm的氧化硅層，或氟化鎂層，或氧化鋯層，或氧化鋁層，或聚?3己基噻吩有機半導體層。

【技術特征摘要】
1.一種多彩太陽能電池，包括硅襯底和其上的介質層，其特征在于：所述硅襯底上置有表面形成PN結的有序硅納米線陣列；所述組成有序硅納米線陣列的硅納米線的線直徑為50-120nm、線周期為500-1500nm；所述介質層覆于硅納米線上，其為厚1-200nm的氧化硅層，或氟化鎂層，或氧化鋯層，或氧化鋁層，或聚-3己基噻吩有機半導體層。2.根據權利要求1所述的多彩太陽能電池，其特征是有序硅納米線陣列中的硅納米線呈六方分布，或正方分布。3.根據權利要求1所述的多彩太陽能電池，其特征是硅納米線的線長為500-3000nm。4.根據權利要求1所述的多彩太陽能電池，其特征是硅襯底為單晶硅襯底，或多晶硅襯底。5.一種權利要求1所述多彩太陽能電池的制備方法，包括硅襯底的清洗，其特征在于主要步驟如下：步驟1，先于硅襯底表面使用納米球模板法或電子束曝光法或納米壓印技術制作有序掩模，再于表面覆有有序掩模的硅襯底上使用濕法工藝或反應離子刻蝕的博世工藝刻蝕出有序納米線陣列，得到其上置有有序硅納米線陣列的硅襯底；步驟2，先使用擴散工藝對其上置有有序硅納米線陣列的硅襯底進行表面摻雜硼元素，再于得到的其上置有表面形成PN結的有序硅納米線陣列的硅襯底上使用化學氣相沉積法或電子束蒸發法或原子層沉積技術或旋涂法制作介質層，得到中間產...

【專利技術屬性】
技術研發人員：劉敏，李新化，史同飛，馬文霞，王玉琦，
申請(專利權)人：中國科學院合肥物質科學研究院，
類型：發明
國別省市：安徽,34