改善硅纳米线太阳能电池性能的方法
【专利摘要】本发明提出一种改善硅纳米线太阳能电池性能的方法，包括：S1、将硅纳米线太阳能电池和导电金属网置于电解液中，并将该硅纳米线太阳能电池和该导电金属网分别连接至稳压直流电源的负极和正极；S2、打开所述稳压直流电源的同时用光照射所述硅纳米线太阳能电池，并持续一个预定时间；S3、从所述电解液中取出所述硅纳米线太阳能电池，并进行清洗。本发明能够提高硅纳米线太阳能电池的效率，且工艺简单、成本低廉。
【专利说明】改善硅纳米线太阳能电池性能的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于太阳能电池【技术领域】，主要涉及一种改善硅纳米线太阳能电池性能的方法。
【背景技术】
[0002]近年来，随着人们对能源需求的不断增加，作为可再生能源之一的太阳能引起了越来越多的关注。太阳能电池将光能转化为电能逐渐成为研究的热点。晶体硅电池作为第一代太阳能电池，具有良好的转换效率，原材料丰富(地壳含量丰度第二元素为硅)无毒，但是晶体硅电池的制备能量回收期长，使晶体硅太阳能电池实现大范围的应用成本较高。随后，出现了以低成本为特征的第二代薄膜电池，其中之一的硅薄膜电池相对于晶体硅电池，其明显的优势就是降低了电池的制备成本，但是硅薄膜电池的转换效率相对于体硅电池较低。这样,低成本高转换率成为第三代太阳能电池业内人士追求的目标。
[0003]而作为新型第三代太阳能电池之一，硅纳米线电池反射率明显低于硅薄膜，因而有着优良的光吸收特性，另一方面硅纳米线电池径向结构有助于光生载流子收集载流子，这种光吸收方向与光生载流子收集方向彼此正交的结构，有效地解决光厚电薄的矛盾(即光吸收需要薄膜厚、而光生载流子收集需要薄膜薄)，因此，硅纳米线电池有着广阔的发展前景。
[0004]但是，由于硅纳米线有更多的表面缺陷态，产生了更多的漏电电流，能量大多在电池内部被消耗，开路电压往往低于硅薄膜电池的开路电压。因此，目前硅纳米线太阳能电池的效率并不高。
[0005]综上所述，若能减少硅纳米线太阳能电池中的漏电电流，硅纳米线太阳能电池的效率将有很大的提升空间，其实用价值也将得到充分展现。
【发明内容】
[0006](一 )要解决的技术问题
[0007]本发明解决的技术问题是目前的硅纳米线太阳能电池的效率较低的问题。
[0008]( 二 )技术方案
[0009]为解决上述技术问题，本发明提出一种改善硅纳米线太阳能电池性能的方法，包括以下步骤:S1、将硅纳米线太阳能电池和导电金属网置于电解液中，并将该硅纳米线太阳能电池和该导电金属网分别连接至稳压直流电源的负极和正极；S2、打开所述稳压直流电源的同时用光照射所述硅纳米线太阳能电池，并持续一个预定时间；S3、从所述电解液中取出所述硅纳米线太阳能电池，并进行清洗。
[0010]根据本发明的一种实施方式，所述硅纳米线太阳能电池包括前电极透明导电膜，所述电解液为与所述前电极透明导电膜反应可生成绝缘性反应物的溶液。
[0011]根据本发明的一种实施方式，所述电解液的浓度为5g/L?200g/L的氯化铝溶液。
[0012]根据本发明的一种实施方式，所述导电金属网为透光的导电金属网。[0013]根据本发明的一种实施方式，所述稳压直流电源的电压范围为0.1V?20V。
[0014]根据本发明的一种实施方式，所述导电金属网与所述硅纳米线太阳能电池彼此平行放置于所述电解液中。
[0015]根据本发明的一种实施方式，所述步骤S2中所述到硅纳米线太阳能电池的光为能产生光电压的电磁波。
[0016]根据本发明的一种实施方式，所述步骤S2中的预定时间为15s?200s。
[0017]根据本发明的一种实施方式，所述步骤S3的清洗步骤包括:用去离子水冲淋所述硅纳米线太阳能电池，然后用高纯气体吹干水分。
[0018]根据本发明的一种实施方式，所述高纯气体为氮气或惰性气体。
[0019](三)有益效果
[0020]本发明提出的改善硅纳米线电池的性能的后处理方法，在硅纳米线电池中加入三氧化二铝等高电阻氧化物从而能提高电池性能。
[0021]本发明提出的电化学和光照结合为硅纳米线钝化降低暗电流、提高电池性能提供一种新途径。不同于电池制备过程中原子层沉积(ALD)技术，结合电化学方法后处理硅纳米线太阳能电池，工艺简单、成本低廉。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]为进一步说明本发明的具体技术内容，以下结合实施例及附图详细说明如后，其中:
[0023]图1是本发明的改善硅纳米线太阳能电池性能的方法的流程图；
[0024]图2是本发明的一个实施例改善硅纳米线太阳能电池性能时的器件连接图；
[0025]图3是本发明的一个实施例在硅纳米线太阳能电池改善性能前后电流-电压特性曲线对比图。
【具体实施方式】
[0026]硅纳米线太阳能电池通常包括:背电极、透明导电氧化物膜(TransparentConductive Oxide-TCO)、娃纳米线层和前电极氧化铟锡膜(Indium Tin Oxide-1TO,TCO之一)，改善硅纳米线太阳能电池性能核心在于提高开路电压、填充因子。
[0027]本发明的原理在于选择性地改变前电极ITO漏电处化学配比，对ITO进行还原，还原后的ITO膜与电解液(如氯化铝)反应生成高电阻反应物(如氧化铝)，阻断了漏电通道，减少漏电电流。
[0028]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
[0029]图1示出了本发明的改善硅纳米线太阳能电池性能的方法的流程图。如图1所示，本发明的方法包括如下步骤:
[0030]步骤S1、将硅纳米线太阳能电池和导电金属网置于电解液中，并将该硅纳米线太阳能电池和该导电金属网分别连接至稳压直流电源的负极和正极。
[0031]通常，可以以电解池作为电解液的盛放容器，本发明所采用的电解液是可与透明导电膜反应成绝缘性反应物的金属化合物溶液，例如氯化铝(六水三氯化铝或无水氯化铝)与氧化铟锡反应生成氧化铝。
[0032]所述的绝缘性反应物是指电阻率以不影响正向光电流为准，通常应在1013欧姆厘米以上。
[0033]电解液的浓度可以在5mg/L?200g/L之间，根据金属化合物种类的不同而可以不同。根据电解液的不同，应当选择质地适宜的容器作电解池，例如电解池的材质可以选用任何不溶于水或电解液的容器。
[0034]稳压直流电源的电压范围应选择0.1V?50V之间可调，例如0.5?IOV稳压直流电源。为了对稳压直流电源的接通与否进行控制，可以将其正负极经由一个开关分别与导电金属网、硅纳米线太阳能电池连接。
[0035]导电金属网在本发明中所起的作用是所加电压正极，其所透光照射在纳米线上所产生的光电压可以保护未漏电区域的电池，保持其光电池性能。其可以由导电透光的金属网构成。
[0036]所述导电金属网、硅纳米线太阳能电池应当相互相对置于电解池中，作为电化学反应的阳极和阴极。
[0037]步骤S2、打开所述稳压直流电源的同时用光照射所述硅纳米线太阳能电池，并持续一个预定时间。
[0038]打开稳压直流电源同时将光照射硅纳米线太阳能电池是为了能在电池中产生光电压。光照方式无特殊要求，只要能在纳米线电池中产生光电压的即可，例如将太阳模拟器发出的模拟光照射到硅纳米线太阳能电池上。
[0039]所述的预定时间取决于电池面积、电解液的浓度、所加电压。通常，可以通过先确定电解液浓度、所加电压、逐渐加长时间方式来确定优化时间。例如，当电池面积为5cmX5cm,电解液的浓度2mg/100ml,电压1.5V时，该时间可为15s。
[0040]步骤S3、从所述电解液中取出所述硅纳米线太阳能电池，并进行清洗。
[0041 ] 由于硅纳米线太阳能电池粘有电解液对电池性能不利，因此在完成上述步骤之后需要清洗所述硅纳米线太阳能电池，以除去电解液。例如，在从电解池中取出硅纳米线太阳能电池之后，用去离子水冲淋该电池，持续冲淋时间以电池表面电解液去除为准，如冲淋时间为3分钟?10分钟。然后，用高纯气体吹干该电池表面的水分，高纯气体可为氮气或氩气等惰性气体。至此，完成了本发明的改善硅纳米线太阳能电池的方法。
[0042]下面参照图2和图3来说明本发明的一个实施例。
[0043]图2是本发明的一个实施例改善硅纳米线太阳能电池性能时的器件连接图。
[0044]在该实施例中，在步骤SI，首选选一烧杯作电解池，然后将IOmg六水合三氯化铝溶进500毫升去离子水中，配成电解液；接着，取一尺寸为5cmX 5cm的硅纳米线电池和同一尺寸的透光导电金属栅网；并选一稳压直流电源，电压调节范围为0.1V?5V，并将其正负极分别与透明导电金属网、硅纳米线太阳能电池连接。接着，将透明导电金属栅网、硅纳米线太阳能电池相互平行地置于烧杯中。
[0045]在步骤S2中，打开稳压直流电源，将该稳压直流电源调至2V，同时通过氙灯将光照射到硅纳米线太阳能电池上，同时计时100秒后，将直流移压电源的电压调至0V。
[0046]接着，作为步骤S3，从烧杯中取出所述硅纳米线太阳能电池，用去离子水冲淋电池表面的氯化铝溶液，使电池表面氯化铝溶液冲淋干净，再用高纯氮气吹干电池表面水分。[0047]图3是本发明的一个实施例在硅纳米线太阳能电池改善性能前后电流-电压特性曲线对比图。如图3所示，采用本发明的方法进行处理之前用空心三角(BE)表示，采用本发明的方法进行处理之后用实心圆(AF)表示。可看出，通过本发明的方法处理后的硅纳米线太阳能电池开路电压、短路电流、填充因子均有明显改善。
[0048]本发明的改善硅纳米线太阳能电池的性能的方法适用于所有使得电池漏电的微纳结构太阳电池,对于其他材料微纳结构太阳电池可根据电池预计开路电压、电池材料依次选择所施电压和电解液种类。
[0049]以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种改善硅纳米线太阳能电池性能的方法，其特征在于，包括以下步骤: 51、将硅纳米线太阳能电池和导电金属网置于电解液中，并将该硅纳米线太阳能电池和该导电金属网分别连接至稳压直流电源的负极和正极； 52、打开所述稳压直流电源的同时用光照射所述硅纳米线太阳能电池，并持续一个预定时间； 53、从所述电解液中取出所述硅纳米线太阳能电池，并进行清洗。
2.如权利要求1所述的改善硅纳米线太阳能电池性能的方法，其特征在于，所述硅纳米线太阳能电池包括前电极透明导电膜，所述电解液为与所述前电极透明导电膜反应可生成绝缘性反应物的溶液。
3.如权利要求1所述的改善硅纳米线太阳能电池性能的方法，其特征在于，所述电解液的浓度为5mg/L?200g/L的氯化铝溶液。
4.如权利要求1所述的改善硅纳米线太阳能电池性能的方法，其特征在于，所述导电金属网为透光的导电金属网。
5.如权利要求1所述的改善硅纳米线太阳能电池性能的方法，其特征在于，所述稳压直流电源的电压范围为0.1V?20V。
6.如权利要求1所述的改善硅纳米线太阳能电池性能的方法，其特征在于，所述导电金属网与所述硅纳米线太阳能电池彼此平行放置于所述电解液中。
7.如权利要求1所述的改善硅纳米线太阳能电池性能的方法，其特征在于，所述步骤S2中所述到硅纳米线太阳能电池的光为能产生光电压的电磁波。
8.如权利要求1所述的改善硅纳米线太阳能电池性能的方法，其特征在于，所述步骤S2中的预定时间为15s?200s。
9.如权利要求1所述的改善硅纳米线太阳能电池性能的方法，其特征在于，所述步骤S3的清洗步骤包括:用去离子水冲淋所述硅纳米线太阳能电池，然后用高纯气体吹干水分。
10.如权利要求9所述的改善娃纳米线太阳能电池性能的方法,其特征在于,所述高纯气体为氮气或惰性气体。
【文档编号】H01L31/18GK103794680SQ201410043904
【公开日】2014年5月14日 申请日期:2014年1月29日 优先权日:2014年1月29日
【发明者】曾湘波, 王凌潇, 张晓东, 杨萍, 李 浩, 谢小兵, 王启明 申请人:中国科学院半导体研究所