硅纳米线太阳能电池总结

1、硅纳米线太阳能电池总结作者:日期:太阳能电池的量子效率是指太阳能电池的电荷载流子数目与照射在太阳能电池表面一定能量的光子数目的比率。因此，太阳能电池的量子效率与太阳能电池对照射在太阳能电池表面的各个波长的光的响应有关。外量子效率(ExternalQuantumEfficiency,EQE)，太阳能电池的电荷载流子数目与外部入射到太阳能电池表面的一定能量的光子数目之比。内量子效率(InternalQuantumEfficiency,IQE)，太阳能电池的电荷载流子数目与外部入射到太阳能电池表面的没有被太阳能电池反射回去的，没有透射过太阳能电池的，一定能量的光子数目之比。硅纳米线太阳能电池基于硅纳

2、米线太阳能电池的金属箔进行了阐述【foil-铝箔】。此类设备的主要优点是讨论，通过光的反射率，电压，电流和外部量子效率数据一个单元的设计，采用薄非晶硅层上沉积形成的纳米线阵列P-N结。一个有前途的1.6mA/cm2的电流密度为1.8平方厘米电池获得，并广阔的外部量子效率测定的最大值为12%，在690纳米。“。2007年美国物理研究所。近年来，一直存在一个显着的，复活在可再生能源系统的兴趣。太阳能转换特别感兴趣，因为是丰富的源。今天的绝大多数鈥檚商业太阳能电池模块是基于晶体硅，但有越来越多的薄膜的兴趣，所谓的第二代太阳能电池，以及第三代高效率/低成本太阳能电池，一些需要使用的纳米结构的概念。基于

3、纳米线净重的太阳能电池是一种很有前途的阶级由于几个性能和光伏太阳能设备处理启用的利益，包括直接路径这样的几何形状所带来的电荷传输纳米结构。【photovoltaic-光伏】纳米线和纳米棒，定义中的应用这里有宽高比5:1太阳能电池已试图在几个设备的配置和材料系统。纳米线/棒功能的太阳能电池的最新展示已主要基于有机-无机混合材料或利用，如化合物半导体硒化镉。黄长发等人。作为electroneonducting利用的CdSe纳米棒层孔导电聚合物基太阳能电池和生产效率AM1.5照射的1.7%。类似的结构已被证明为dye-sensitized使用二氧化钛或氧化锌纳米线，与太阳能电池效率范围从0.5%到1

4、.5%.4,5这些结果，以及其他最近的研究表明，在纳米结构太阳能电池中使用纳米线增强电荷传输与其他非纳米结构太阳能电池相比的好处，纳米架构。在这里，我们目前全无机，大面积的太阳能电池概念基于硅纳米线提供具有相同或更好的性能，具有与薄膜太阳能电池相似行列条理透明硅电池的潜力我们自己算了一笔账，假设传统的半导体物理学（没有量子效应），和其他人，9表明，硅纳米线为基础的太阳能电池提供了一个15%-18%不等的顺序上的效率权利纳米线的规模和质量。【efficiencyentitlement-效率权利】。它有可能形成P-N路口在高密度的纳米线表面的交界处，【ahighdensityarray-高密度阵列

5、】，它已脱钩吸收的好处允许横向扩散，电荷传输的光少数载流子，其中大部分是PN结50鈥nm的距离，而不是很多微米的距离，在Si散装太阳能电池。此外，我们已经表明，光硅纳米线阵列的性能与那些有相同厚度的固体薄膜在整个光谱范围光吸收显着增加有明显的不同。硅纳米线，可以标准技术，如化学气相沉积技术【chemicalvapordeposition（CVD）】合成，具有直接生长在低成本（例如，玻璃）和柔性金属箔基板的可能性。最后，使用的CVD生长的纳米线结构可能会产生与块状太阳能电池相比改善成本的电池，由于降低了材料消耗，（只有气体用于制造活性物质），也可与透明块状硅比效率。图1显示的硅纳米线太阳能电池设

6、计的示意图。图1显示典型的计划视图和横截面硅净重太阳能扫描电子显微镜细胞一个不锈钢制作？SS?陪衬。尽管重点这项工作是对电池的不锈钢基板上制造，我们有还编造了四净重degenerately掺杂硅太阳能电池基板用钛/铝背接触用于测试目的。设备制作开始先清洁的SS基板使用标准的溶剂，其次是溅射沉积100纳米厚Ta2N的薄膜。作为一个Ta2N薄film11纳米线阵列的电子背接触以及纳米线的生长过程中的扩散屏障。以下的沉积一个50-A-厚的金膜，催化化学气相沉积用人汽液固？VLS的？增长mechanism12，13是用来生长p型Si纳米线的直径为10930纳米，长度？16?M?带硅烷，氢气，盐酸，在6

7、50trimethylboron14C为30分钟。奈米线阵列，然后处理创建氧化介质隔离层在800C,干氧环境，其次是旋转涂布光致抗蚀剂和局部的抵抗蚀刻回活性离子蚀刻。纳米线，然后蘸缓冲氧化层蚀刻？京东方？6%HF和去离子水氟化铵缓冲？去除生长的氧化就暴露出来了纳米线的表面和光致抗蚀剂剥离使用丙酮该阵列随后涂上一个【plasmaenhanced-等离子体增强】等离子体增强化学气相沉积的PECVD，【amorphous-无定形】适n型的无定形硅的a-Si:H层创建光敏p-n结。这一步是紧密耦合在30分钟内到以前的京东方和光阻去除【photoresistremoval-光阻去除】步骤，但再生一个非常

8、薄的原生氧化不能完全阻止。PECVD沉积在牛津血浆100系统总压力1托，温度为180摄氏度和下面的气体：SiH4的：H2:AR:磷化氢1:2,5:7,5:0.125的比率。保形的PECVD的a-Si:H薄膜允许低温度可扩展的手段，创建一个pn结四净重阵列。此外，n型的a-Si:H薄膜良好的钝化性能已充分了解。虽然少数载体寿命和表面复合速度ouor纳米线通常是未知的，我们期望a-Si薄膜上的纳米线的存在，将有助于最大限度地减少非辐射性表面复合。这也是可能存入一个透明纳米硅或i-n层，尽管钝化层一般是不会有效的。a-Si:H沉积后，阵列溅射涂层200nm厚的透明导电的铟锡氧化物IT0层电一起把所有

9、的电线。顶部手指接触阴影蒸发TI50纳米从2000纳米。不锈钢基板，然后旋涂成1或厘米的光致抗蚀剂和泡件，后在丙酮中的光致抗蚀剂。太阳能电池，然后装上使用银环氧树脂缺口铜涂层的印刷电路板和薄金手动连接线顶端的手指接触。测试热奥丽尔太阳模拟器设置从国家与硅太阳能电池校准AM1.5可再生能源实验室NREL。如上所述，我们预计四净重光伏设备到平面显示改进的光学特性比较设备。一个典型的四净重光学反射镜面如图相比，一个平面器件的细胞。2，沿一两个有代表性的设备的图片。四净重电池显示减少一到两个数量级的反射在整个频谱范围从300到1100nm。我们注意到，没有额外的抗反射层是受雇于在纳米线或平面样品。视觉

10、上，在四净重设备有一个粉嫩的显着深外观比较图平面电池。图3显示了典型的黑暗与光明下（在AM1.5下相当条件）电流-电压曲线这种硅四净重太阳能电池。清除整顿行为和发电3mA光电流是在这1.8cm2的设备观察光。开路电压的最佳设备【devices-设备】是130毫伏，这比单纳米线设备稍微小和填充因子是0.28。无论是一系列高和低的分流电阻似乎限制了器件的效率。图2?B?显示的量子效率光电实验室，公司？一个典型的纳米线太阳能电池样品存放在SS陪衬。虽然，目前，这些转换效率电池是低0.1%，不锈钢箔上的纳米线电池呈一个光谱广泛的外部量子效率EQE，表明所观察到的光伏效应是由于吸收在纳米线阵列。我们以前

11、的光研究表明，内有效吸收纳米线阵列，显示了一个类似形状的观察EQE在近红外范围内的曲线，虽然在低于650nm的波长较短，我们观察到设备的EQE减少。这一步是紧密耦合在30分钟内到以前的当量数和光阻去除步骤，但再生一个非常薄的原生氧化不能完全阻止。丨OxfordPlasma-牛津等离子】这些设备有几个特点，影响光伏性能。尤其重要的是几何纳米线。虽然受聘于这些纳米线的长度样本是足够16微米，平均纳米线半径应优化等，这是约等于平均少数载流子扩散长度在纳米线。在纳米线的耗尽区小，所以必须保持纳米线没有完全耗尽。一个相对较大的准中性的核心区域，因此，所需的通道孔背接触。为此，掺杂水平【dopinglev

12、el】估计为1018厘米的纳米线鑒ASED上单一的纳米线晶体管和二次离子质谱在我们的实验室，并在执行测量的a-Si:H层已经有针对性地约等于收益预期的50纳米的耗尽区宽度。然而，我们相信，这个未经优化的直径分布提供了一个部分解释为什么Voc是这些设备中的低，因为这个事实，有可能是当地分流的地区整个电池。此外，金作为【catalystparticle-催化剂颗粒】催化剂的使用粒子纳米线的生长，这是众所周知的限制硅的生命周期最终必须被其他金属替代。另一个潜在的因素影响性能的是在场的Ta2N背接触，这可能提供了一个钽扩散到硅纳米线，因此，降低少数载流子的寿命。然而，根据结构和固态反应的考虑，我们不要指望一个显着钽量将在目前的光敏部分纳米线。总之，我们已经证明了通过化学气相沉积制造在不锈钢基板上的无机，大面积以硅纳米线为基础的PN结太阳能电池。这些太阳能电池效率的权利相媲美典型的体硅太阳能电池，但潜在更低的成本制造这些设备的过程很容易的可扩展性，使得这种太阳能电池架构为未来的光伏应用有希望的候选人。正在进行的研究重点是通过降低接触电阻，最大限度地减少分流，优化纳米线的几何形状