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太阳能 电池

阅读：78发布：2020-05-08

专利汇可以提供太阳能电池专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及一种太阳能电池，其包括：一背电极、一硅片衬底、一掺杂硅层、一上电极以及至少一电极引线。所述硅片衬底具有相对的第一表面和第二表面，所述背电极设置在所述硅片衬底的第二表面，并与所述硅片衬底欧姆接触；所述掺杂硅层形成于所述硅片衬底的第一表面；所述上电极为设置在掺杂硅层表面的多个多尺度的三维纳米结构；所述电极引线设置在所述上电极远离掺杂硅层的表面，并且电极引线的延伸方向与三维纳米结构的延伸方向交叉设置。，下面是太阳能电池专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种太阳能电池，其包括：
一硅片衬底；
一背电极，所述背电极设置在硅片衬底的一表面；
一掺杂硅层，所述掺杂硅层形成在硅片衬底远离背电极的一面；
一上电极，所述上电极为设置在掺杂硅层远离硅片衬底表面的多个多尺度的三维纳米结构，所述三维纳米结构沿一方向延伸；
至少一电极引线，所述电极引线设置在上电极远离掺杂层的一面，并且电极引线的延伸方向与所述三维纳米结构的延伸方向交叉设置；
其特征在于，所述三维纳米结构包括一第一长方体结构、一第二长方体结构及一三棱柱结构，所述第一长方体结构设置在基底的一表面，所述第二长方体结构设置在第一长方体结构远离基底的表面，所述三棱柱结构设置在第二长方体结构远离第一长方体结构的表面，所述三棱柱结构底面的宽度等于所述第二长方体结构上表面的宽度且大于所述第一长方体结构上表面的宽度，所述第一长方体结构和三棱柱结构的材料为金属。
2.如权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述背电极的材料为金属材料或碳材料。
3.如权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述三维纳米结构为一条形凸起结构，多个多尺度的三维纳米结构在基底表面以直线、折线或曲线的形式并排延伸，相邻三维纳米结构之间的间距为40纳米～450纳米。
4.如权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述金属材料为金、银、铜和铝中的一种或多种，所述第二长方体结构的材料为Cr、Ta、Si中的一种或多种。
5.如权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述第一长方体结构的厚度为20纳米～500纳米，所述第二长方体结构的厚度为5纳米～100纳米，所述三棱柱结构的厚度为40纳米～800纳米。
6.如权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述至少一电极引线的材料为金属材料或导电性碳材料。
7.如权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述三棱柱结构的表面进一步包括一第三金属层。
8.如权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述上电极与所述电极引线一体成型结构。
9.一种太阳能电池，其包括：
一硅片衬底；
一背电极，所述背电极设置在硅片衬底的一表面；
一掺杂硅层，所述掺杂硅层形成与硅片衬底远离背电极的一面；
一上电极，所述上电极为设置在掺杂硅层远离硅片衬底表面的多个多尺度的三维纳米结构，所述三维纳米结构沿一方向延伸；
至少一电极引线，所述电极引线设置在上电极远离掺杂层的一面，并且电极引线的延伸方向与所述三维纳米结构的延伸方向交叉设置；
其特征在于，所述三维纳米结构包括一第一长方体结构以及一三棱柱结构，所述第一长方体结构设置在基底的一表面，所述三棱柱结构设置在第一长方体结构远离基底的表面，所述三棱柱结构底面的宽度大于第一长方体结构上表面的宽度，所述第一长方体结构和所述三棱柱结构的材料均为金属材料，所述第一长方体结构的材料与三棱柱结构的材料不同。
10.如权利要求9所述的太阳能电池，其特征在于，所述金属材料为金、银、铜和铝中的一种或多种。

说明书全文

太阳能 电池

技术领域

[0001] 本发明涉及一种太阳能电池，尤其涉及一种三维纳米结构作上电极的太阳能电池。

背景技术

[0002] 太阳能电池利用太阳能的方式包括光-热-电转换方式和光-电转换方式两种。其中光-电转换方式是利用半导体材料的光生伏特原理制成的。根据半导体光电转换材料种类不同，太阳能电池可以分为硅基太阳能电池、砷化镓太阳能电池、有机薄膜太阳能电池等。

[0003] 目前，太阳能电池以硅基太阳能电池为主。现有技术中的太阳能电池包括：一背电极、一硅片衬底、一掺杂硅层和一上电极。所述太阳能电池中硅片衬底和掺杂硅层形成P-N结，所述P-N结在太阳光的激发下产生多个电子-空穴对，所述电子-空穴对在静电势能作用下分离并分别向所述背电极和上电极移动。如果在所述太阳能电池的背电极与上电极两端接上负载，就会有电流通过外电路中的负载。为了增加太阳光的透过率，一般采用导电金属网格作为上电极。而金属透光率差，导致太阳能电池的光电转换效率低。

发明内容

[0004] 有鉴于此，本发明提供了一种具有较高光电转换效率的太阳能电池。

[0005] 一种太阳能电池，其包括：一背电极、一硅片衬底、一掺杂硅层、一上电极以及至少一电极引线。所述硅片衬底具有相对的第一表面和第二表面，所述背电极设置在硅片衬底的第二表面，并与所述硅片衬底欧姆接触；所述掺杂硅层形成于所述硅片衬底的第一表面；所述上电极为形成在掺杂硅层表面的多个多尺度的三维纳米结构；所述电极引线设置在上电极远离掺杂硅层的表面，并且电极引线的延伸方向与三维纳米结构的延伸方向交叉设置；其中，所述三维纳米结构包括一第一长方体结构、一第二长方体结构及一三棱柱结构，所述第一长方体结构设置在掺杂硅层远离硅片衬底的表面，所述第二长方体结构设置在第一长方体结构远离掺杂硅层的表面，所述三棱柱结构设置在第二长方体结构远离第一长方体结构的表面，所述三棱柱结构底面的宽度等于所述第二长方体结构上表面的宽度且大于所述第一长方体结构上表面的宽度，所述第一长方体结构和三棱柱结构的材料为金属。

[0006] 一种太阳能电池，其包括：一背电极、一硅片衬底、一掺杂硅层、一上电极以及至少一电极引线。所述硅片衬底具有相对的第一表面和第二表面，所述背电极设置在硅片衬底的第二表面，并与所述硅片衬底欧姆接触；所述掺杂硅层形成于所述硅片衬底的第一表面；所述上电极为形成在掺杂硅层表面的多个多尺度的三维纳米结构；所述电极引线设置在上电极远离掺杂硅层的表面，并且电极引线的延伸方向与三维纳米结构的延伸方向交叉设置；其中，所述三维纳米结构包括一第一长方体结构以及一三棱柱结构，所述第一长方体结构设置在掺杂硅层远离硅片衬底的表面，所述三棱柱结构设置在第一长方体结构远离掺杂硅层的表面，所述三棱柱结构底面的宽度大于第一长方体结构上表面的宽度，所述第一长方体结构和所述三棱柱结构的材料均为金属材料，所述第一长方体结构的材料与三棱柱结构的材料不同。

[0007] 与现有技术相比，本发明所述上电极由至少两部分结构组成，每层结构构成了不同宽度的谐振腔，每个谐振腔吸收相应共振波附近的光子，这种结构可以有效地拓展共振波的范围，三棱柱部分可以实现窄带共振、吸收，长方体可以实现宽带吸收，从而增加了太阳光的利用率，提高太阳能电池的光电转换效率。附图说明

[0008] 图1为本发明第一实施例提供的太阳能电池的结构示意图。

[0009] 图2为图1的太阳能电池沿线II-II的剖视图。

[0010] 图3为本发明第一实施例制备的三维纳米结构的分解图。

[0011] 图4为本发明第一实施例制备太阳能电池的工艺流程图。

[0012] 图5为本发明第一实施例制备太阳能电池上电极的工艺流程图。

[0013] 图6为本发明第一实施例制备的太阳能电池上电极的低倍扫描电镜照片。

[0014] 图7为本发明第一实施例制备的太阳能电池上电极的高倍扫描电镜照片。

[0015] 图8为本发明第二实施例制备太阳能电池上电极的工艺流程图。

[0016] 图9为本发明第三实施例提供的太阳能电池的结构示意图。

[0017] 图10为本发明第四实施例提供的太阳能电池的结构示意图。

[0018] 图11为本发明第五实施例提供的太阳能电池的结构示意图。

[0019] 图12为本发明第五实施例提供的太阳能电池的俯视图。

[0020] 图13为本发明第六实施例提供的太阳能电池的俯视图。

[0021] 主要元件符号说明

[0022]

[0023]

具体实施方式

[0024] 以下具体实施方式将结合上述附图作进一步说明。

[0025] 参见图1和图2，本发明第一实施例所提供的太阳能电池10包括一背电极100、一硅片衬底110、一掺杂硅层120、一上电极130。所述硅片衬底110具有相对的第一表面1102和第二表面1104，所述背电极100设置在该硅片衬底110的第二表面1104，并与所述硅片衬底110欧姆接触。所述掺杂硅层120形成于所述硅片衬底110的第一表面1102。所述上电极130为形成在掺杂硅层120远离硅片衬底110表面的多个三维纳米结构131。

[0026] 所述背电极100的材料为金属材料或碳材料。所述金属材料优选为铝、镁或者银等金属。所述碳材料包括碳纳米管或石墨烯等，所述碳纳米管可以为碳纳米管拉膜、碾压膜、絮化膜或碳纳米管线等。

[0027] 所述硅片衬底110为P型半导体结构。该硅片衬底110可以为单晶结构、多晶结构或其它P型半导体结构。本发明实施例中所述硅片衬底110为P型单晶硅片。所述硅片衬底110的形状和厚度不限，可以根据需要进行选择。优选地，所述硅片衬底110的厚度为200微米～300微米。

[0028] 所述掺杂硅层120为在硅片衬底110掺杂磷或砷等材料形成的N型掺杂硅层。所述掺杂硅层120的厚度为几十个纳米到几个微米之间，优选地，所述掺杂硅层120的厚度为40纳米～1微米。

[0029] 所述N型掺杂硅层和P型单晶硅片之间形成P-N结结构，从而实现太阳能向电能的转换。

[0030] 所述上电极130为多个多尺度的三维纳米结构131，所述多个三维纳米结构131以阵列形式在掺杂硅层120远离硅片衬底110的表面，以直线、折线或曲线的形式并排延伸，且延伸的方向平行于所述掺杂硅层120的表面。所述“延伸方向”为平行于所述掺杂硅层120的表面的任意方向。所述“并排”是指所述相邻的两个三维纳米结构131在延伸方向上任意相对位置具有相同的间距，该间距范围为0纳米～200纳米，所述多个三维纳米结构131的延伸方向可以是固定的也可以是变化的。所述延伸方向固定时，所述多个三维纳米结构131以直线的形式并排延伸，所述三维纳米结构131以条带形方式并排延伸，且在垂直于该延伸方向上，所述多个三维纳米结构131的横截面均为形状和面积完全相同的松树形状。

[0031] 所述三维纳米结构131为一松树状结构。所述松树状结构为从掺杂硅层120的表面向外延伸的松树状凸起。所述松树状结构为多尺度的三维纳米结构161.具体地，所述松树状凸起包括一第一长方体结构133，一第二长方体结构135以及一三棱柱结构137。所述第一长方体结构133包括一第一上表面1332，所述第一上表面1332为第一长方体结构133远离掺杂硅层120的表面，所述第二长方体结构135设置在该第一上表面1332；所述第二长方体结构135包括一第二上表面1352，所述第二上表面1352为第二长方体结构135远离第一长方体结构133的表面，所述三棱柱结构137设置在该第二上表面1352。三者的几何中心在同一轴线上。所述第一长方体结构133和三棱柱结构137均为一金属层，所述第二长方体结构135起到隔离第一长方体结构133和三棱柱结构137的作用。

[0032] 参见图3，所述三棱柱结构137包括相对的两个大小和形状相同的第一三角形端面1370和第二三角形端面1372，以及连接第一三角形端面1370和第二三角形端面1372的第一矩形侧面1374，第二矩形侧面1376以及第三矩形底面1378。所述第一三角形端面1370和第二三角形端面1372点对点相对设置，以及相同的边相对设置。进一步的，所述第一三角形端面1370和第二三角形端面1372均为一等腰三角形结构。所述第三矩形底面1378贴合于第二长方体结构135的第二上表面1352设置。所述第一长方体结构133的侧面垂直于掺杂硅层
120远离硅片衬底110的表面。所述第二长方体结构135的侧面垂直于第一长方体结构133的第一上表面1332，即垂直于掺杂硅层120远离硅片衬底110的表面。

[0033] 在垂直于延伸方向上，所述第一长方体结构133的宽度d1为5纳米～400纳米，高度h1为20纳米～500纳米。优选地所述第一长方体结构133的宽度d1为12纳米～320纳米，高度h1为50～200纳米。本实施例中，所述第一长方体结构133的宽度d1为50纳米，高度h1为100纳米。所述第二长方体结构135的宽度d2为50纳米～450纳米，高度h2为5纳米～100纳米。优选地，所述第二长方体结构135的宽度d2为80纳米～380纳米，高度h2为5纳米～60纳米。本实施例中，所述第二长方体结构135的宽度d2为100纳米，高度h2为10纳米。所述三棱柱结构的宽度d3为50纳米～4500纳米，高度h3为40纳米～800纳米，优选地，所述三棱柱结构的宽度d3为80纳米～380纳米，高度h3为130纳米～400纳米。本实施例中，所述三棱柱结构的宽度d3为
100纳米，高度h3为200纳米。所述三棱柱结构137的宽度d3是指三棱柱结构137中第三矩形底面1378的宽度。所述三棱柱结构137的宽度d3等于第二长方体结构135的宽度d2，即三棱柱结构137的第三矩形底面1378与第二长方体结构135的第二上表面1352完全重合。所述三棱柱结构137的宽度d3大于第一长方体结构133的宽度d1。

[0034] 请参阅图4，本发明第一实施例提供一种制备所述太阳能电池10的方法。所述太阳能电池10的制备方法，包括以下步骤：

[0035] S10，提供一硅片衬底110，该硅片衬底110具有第一表面1102以及与第一表面1102相对的第二表面1104；

[0036] S20，在所述硅片衬底110的第一表面1102进行掺杂形成掺杂硅层120；

[0037] S30，在所述掺杂硅层120远离硅片衬底110的表面设置一上电极130；

[0038] S40，在所述上电极130的表面设置至少一电极引线140；

[0039] S50，提供一背电极100，将所述背电极100设置在硅片衬底110的第二表面1104。

[0040] 请一并参阅图5，在步骤S30中，所述上电极130的制备方法包括以下步骤：

[0041] S301，在所述掺杂硅层120远离硅片衬底110的表面设置一第一金属层132，在所述第一金属层132远离掺杂硅层120的表面设置一隔离层134，在所述隔离层134远离第一金属层132的表面设置一第二金属层136；

[0042] S302，在所述第二金属层136远离隔离层134的表面设置一图案化的掩模层139，所述图案化的掩模层139覆盖第二金属层136的表面的部分区域，并暴露其余区域；

[0043] S303，以图案化的掩模层139为掩模，同时刻蚀该图案化的掩模层139和所述第二金属层136，得到多个三棱柱结构137；

[0044] S304，以所述多个三棱柱结构137为掩模，刻蚀所述隔离层134，得到多个第二长方体结构135；

[0045] S305，以所述多个第二长方体结构135为掩模，刻蚀所述第一金属层132，得到多个第一长方体结构133；

[0046] S306，去除剩余的图案化的掩模层139，得到三维纳米结构131。

[0047] 在步骤S301中，所述第一金属层132和第二金属层136可通过电子束蒸发、离子溅射等方法分别沉积在所述掺杂硅层120和隔离层134的表面。所述第一金属层132和第二金属层136的材料为具有表面等离子激元的金属，如金(Au)、银(Ag)，及铜(Cu)和铝(Al)等。本实施例中，所述第一金属层132和第二金属层136的材料均为Au。所述第一金属层132的厚度为20纳米～500纳米，优选地，所述第一金属层132的厚度为50～200纳米。本实施例中，所述第一金属层132的厚度为100纳米。要使沉积的第二金属层136在去除图案化的掩模层139后仍具有自支撑性，需要所述第二金属层136的厚度大于40纳米。优选地，所述第二金属层136的厚度为40纳米～800纳米，更优选地，所述第二金属层136的厚度为130纳米～400纳米。本实施例中，所述第二金属层136的厚度为200纳米。

[0048] 所述隔离层134起到隔离第一金属层132和第二金属层136的作用，为了保证在刻蚀所述第二金属层136时，所述第一金属层132不被破坏。因此当所述第一金属层132和第二金属层136的材料不同时，该隔离层134可以省略。所述隔离层134的材料可以为金属或半导体材料等，如铬(Cr)、钽(Ta)、硅(Si)等，可以根据需要选择。所述隔离层134的厚度为5纳米～100纳米，优选地，所述隔离层134的厚度为5纳米～60纳米。当隔离层134的材料为金属时，其与所述第一金属层132和第二金属层136的材料均不同。本实施例中，所述隔离层134所用材料为Cr，厚度为10纳米。

[0049] 在步骤S302中，所述图案化的掩模层139可通过光学刻蚀、等离子体刻蚀、电子束刻蚀、聚焦离子束刻蚀等方式制备获得，也可通过热压印、纳米压印等方式制备获得。本实施例中，所述图案化的掩模层139通过纳米压印的方式形成于第二金属层136的表面。与其他制备方法相比，通过纳米压印的方式制备图案化的掩模层139的方法，具有精度高、效率低、能耗低、可室温操作、成本低等优点。所述图案化的掩模层139包括图案化的掩模层的本体1394，以及由图案化的掩模层的本体1394定义的多个平行且间隔设置的第四开口1392，所述第四开口1392可以为条形开口或方格形开口。本实施例中，所述第四开口1392为条形开口，呈周期性排列，优选地，所述第四开口1392的两端沿同一直线方向分别延伸至所述图案化的掩模层139相对的两个边缘。所述纳米图形的周期为90纳米～1000纳米，优选地，所述纳米图案的周期为121纳米～650纳米。所述第四开口1392的宽度和所述图案化的掩模层的本体1394的宽度可以相等也可以不等。具体地，所述第四开口1392的宽度为40纳米～450纳米，所述图案化的掩模层的本体1394的宽度为纳米50纳米～450纳米。本实施例中，纳米图案的周期为200纳米，所述第四开口1392的宽度为100纳米。所述图案化的掩模层的本体1394的高度为10纳米～1000纳米，优选地，所述图案化的掩模层的本体1394的高度为20纳米～800纳米，更优选地，所述图案化的掩模层的本体1394的高度为30纳米～700纳米。本实施例中，所述图案化的掩模层的本体1394的高度为200纳米。

[0050] 步骤303中，将经过步骤S302后得到的结构放入一反应性等离子体系统中进行刻蚀，得到多个平行且间隔设置的三棱柱结构137，即得到图案化的第二金属层。所述刻蚀系统中的刻蚀气体为物理性刻蚀气体和反应性刻蚀气体的混合气体。所述物理性刻蚀气体包括氩气(Ar)或氦气(He)等，所述反应性刻蚀气体包括氧气(O2)、氯气(Cl2)、三氯化硼(BCl3)或四氯化碳(CCl4)等。所述物理性刻蚀气体和反应性刻蚀气体可依据要进行刻蚀的第二金属层136和图案化的掩模层139的材料来选择，以保证所述刻蚀气体具有较高的刻蚀速率。比如，当所述第二金属层136的材料为金、铂或钯时，所述物理性刻蚀气体为Ar。当所述第二金属层136的材料为铜时，所述物理性刻蚀气体为He。当所述第二金属层136的材料为铝时，所述物理性刻蚀气体为Ar。本实施例中，所述物理性刻蚀气体为Ar，所述反应性刻蚀气体为O2。

[0051] 具体地，在刻蚀系统中通入物理性刻蚀气体和反应性刻蚀气体，一方面所述图案化的掩模层的本体1394通过反应性刻蚀气体逐步刻蚀，另一方面通过图案化的掩模层139的第四开口1392暴露出来的对应位置处的第二金属层136也被物理性刻蚀气体逐步刻蚀。在刻蚀过程中，图案化的掩模层139逐渐剪裁，则图案化的掩模层139的第四开口1392的宽度逐渐变大，则对应位置处的第二金属层136从下到上的刻蚀宽度逐渐变大。所述图案化的掩模层139被反应性刻蚀气体部分除去或全部除去，而通过图案化的掩模层139的第四开口
1392暴露出来的第二金属层136被物理性刻蚀气体部分除去或全部除去。刻蚀过程中，通过调整Ar和O2的体积流量、压强及功率之间的关系来调节横向刻蚀速度和纵向刻蚀速度之间的比例，获得三棱柱结构137。经过上述步骤，所述第二金属层136形成多个平行且间隔设置的第三开口1362和多个相邻第三开口1362之间的三棱柱结构137。隔离层134通过第三开口
1362暴露出来。

[0052] 在步骤S304中，将经过S303步骤所得到结构置于一反应性等离子体系统中对隔离层134进行刻蚀，得到多个平行且间隔设置的第二长方体结构135，即形成图案化的隔离层。本实施例中，所述隔离层134的材料为Cr，所述刻蚀系统中的刻蚀气体为O2和Cl2的混合气体。

[0053] 经过刻蚀，所述隔离层134形成多个平行且间隔设置的第二开口1342和多个相邻第二开口1342之间的第二长方体结构135，所述第二开口1342的形状为条带状。所述第二开口1342与图案化的第二金属层的第三开口1362相对应，所述第二长方体结构135与三棱柱结构137相对应。所述第一金属层132通过第二开口1342暴露出来。

[0054] 在步骤S305中，将经过步骤S304得到结构置于反应性等离子体系统中，得到多个平行且间隔设置的第一长方体结构133，即形成图案化的第一金属层。

[0055] 在刻蚀系统中通入物理性刻蚀气体和反应性刻蚀气体，所述物理性刻蚀气体为Ar，所述反应性刻蚀气体为Cl2和O2。在刻蚀第一金属层132的过程中，所述反应性刻蚀气体和物理性刻蚀气体同时作用于该第一金属层132上。

[0056] 在刻蚀过程中，与图案化的隔离层中第二开口1342相对应的第一金属层132逐渐被刻蚀出第一开口1322。另外，在刻蚀过程中会脱落产生一些金属颗粒或粉末。如果没有反应性刻蚀气体的参与，这些金属颗粒或粉末会自下而上沿着所述第一开口1322的侧壁堆积，从而形成“泛边”现象，还容易造成第一开口1322侧壁的表面粗糙度大。此时，所述金属颗粒或粉末沉积在第一金属层132所形成的第一开口1322的底部，使该第一开口1322内各个方向上的刻蚀速度梯度趋于平缓，即，所述金属颗粒或粉末在底部的堆积相当于减小了纵向刻蚀速度并增大了横向刻蚀速度。通过反应性刻蚀气体和物理性刻蚀气体，所述第一开口1322侧壁沉积的多余的金属便可被逐渐刻蚀掉，最终形成结构规整且表面粗糙度小的第一长方体结构133。

[0057] 步骤S305完成后，所述第一开口1322的形状呈规整的矩形。所述第一开口1322的宽度为10纳米～350纳米，可以通过调节刻蚀时间来控制第一开口1322的宽度，即所述第一长方体结构133的粗细可以通过调节刻蚀时间来控制。本实施例中所述第一开口1322的宽度为160纳米。

[0058] 在步骤S306中，去除经过步骤S305后得到的结构中剩余的光刻胶，得到多个三维纳米结构131。采用四氢呋喃(THF)、丙酮、丁酮、环己烷、正己烷、甲醇或无水乙醇等无毒或低毒环保容剂作为剥离剂，溶解剩余的光刻胶。本实施例中，通过在丙酮溶液中超声清洗去掉光刻胶。请参阅图6和图7为本发明第一实施例制备的多个三维纳米结构131的扫描电镜照片。

[0059] 所述太阳能电池10进一步包括至少一电极引线140，所述至少一电极引线140设置在上电极130的上表面，并与上电极130欧姆接触。所述电极引线140覆盖所述上电极的部分区域并暴露部分区域，暴露的部分用于接收太阳光，所述电极引线140用于收集上电极130上的电流。所述电极引线140沿第二方向间隔设置在上电极130的上表面，所述第二方向与三维纳米结构131的延伸方向交叉设置。

[0060] 所述电极引线140的材料为具有导电性的材料，如金属、碳纳米管、石墨烯等。所述金属材料为镁、铝或银等。所述碳纳米管为有序碳纳米管结构或无序碳纳米管结构。所述无序碳纳米管结构包括多个相互缠绕的碳纳米管。所述有序碳纳米管包括多个沿同一方向延伸的碳纳米管。

[0061] 所述碳纳米管结构是由多个碳纳米管组成的一个自支撑结构，该碳纳米管结构可以为碳纳米管膜或碳纳米管线，所述碳纳米管膜或碳纳米管线可以通过所述多个三维纳米结构部分悬空设置，并与所述上电极形成部分接触。本实施例中，所述电极引线140为一碳纳米管线，该碳纳米管线是由多个碳纳米管组成的自支撑结构。该碳纳米管膜与所述上电极130电连接，该碳纳米管线用于收集所述P-N结中通过光能向电能转换而产生的电流。

[0062] 请参阅图8，本发明第二实施例提供的一种制备太阳能电池上电极230的方法。所述上电极230的制备方法，包括以下步骤：

[0063] S301A，在所述掺杂硅层120远离硅片衬底110的表面设置一第一金属层132，在所述第一金属层132远离掺杂硅层120的表面设置一隔离层134，在所述隔离层134远离第一金属层132的表面设置一第二金属层136；

[0064] S302A，在所述第二金属层136远离隔离层134的表面设置一图案化的掩模层139，所述图案化的掩模层139覆盖第二金属层136的表面的部分区域，并暴露其余区域；

[0065] S303A，以图案化的掩模层139为掩模，同时刻蚀该图案化的掩模层139以及所述第二金属层136，得到多个三棱柱结构137；

[0066] S304A，以多个三棱柱结构137为掩模，刻蚀所述隔离层134，得到多个第二长方体结构135；

[0067] S305A，以多个第二长方体结构135为掩模，刻蚀所述第一金属层132，得到多个第一长方体结构133；

[0068] S306A，在所述三棱柱结构137的表面沉积一第三金属层238，得到多个多尺度的三维纳米结构231。

[0069] 本发明第二实施例所提供的制备上电极230的方法与第一实施例所提供的制备上电极130的方法基本相同，其不同之处在于刻蚀第一金属层132后，不用去除剩余图案化的掩模层139，直接在图案化的掩模层/第二金属层杂化结构的表面沉积一第三金属层238。所述第三金属层238的厚度大于30纳米。本发明第二实施例中所述第三金属层238的厚度为50纳米。

[0070] 通过在图案化的掩模层/第二金属层杂化结构的表面沉积一第三金属层238可以调节制备过程中的电荷分布，利于加工。

[0071] 参阅图9，本发明第三实施例提供的太阳能电池30包括一背电极100、一硅片衬底110、一掺杂硅层120、一上电极130，以及至少一电极引线140。所述硅片衬底110具有相对的第一表面1102和第二表面1104，所述背电极100设置在硅片衬底110的第二表面1104，并与所述硅片衬底110欧姆接触；所述掺杂硅层120形成于所述硅片衬底110的第一表面1102；所述上电极130为形成在掺杂硅层120表面的多个多尺度的三维纳米结构331；所述至少一电极引线140设置在上电极130远离掺杂硅层120的表面，并且所述电极引线140的延伸方向与三维纳米结构331的延伸方向交叉设置；所述三维纳米结构331包括一第一长方体结构133以及一三棱柱结构137，所述第一长方体结构133设置在掺杂硅层120远离硅片衬底110的一表面，所述三棱柱结构137设置在第一长方体结构133远离掺杂硅层120的表面，所述三棱柱结构137底面的宽度大于第一长方体结构133上表面的宽度，所述第一长方体结构133和所述三棱柱结构137的材料均为金属材料，所述第一长方体结构133的材料与三棱柱结构137的材料不同。

[0072] 本发明第三实施例所提供的太阳能电池30与第一实施例所提供的太阳能电池10的结构基本相同，其区别在于本发明第三实施例所提供的上电极130中的三维纳米结构331由一第一长方体结构133和一三棱柱结构137组成。

[0073] 参见图10，本发明第四实施例提供的太阳能电池40，其包括一背电极100、一硅片衬底110、一掺杂硅层120、一上电极130以及至少一电极引线140。所述硅片衬底110具有相对的第一表面1102和第二表面1104，所述背电极100设置在硅片衬底110的第二表面1104，并与所述硅片衬底110欧姆接触；所述掺杂硅层120形成于所述硅片衬底110的第一表面1102；所述上电极130为形成在掺杂硅层120远离硅片衬底110的表面的多个多尺度的三维纳米结构131；所述电极引线140覆盖所述上电极130以及所述掺杂硅层120远离硅片衬底
110的表面，并且电极引线140的延伸方向与三维纳米结构131的延伸方向交叉设置；其中，所述三维纳米结构131包括一第一长方体结构133、一第二长方体结构135及一三棱柱结构
137，所述第一长方体结构133设置在掺杂硅层120远离硅片衬底110的表面，所述第二长方体结构135设置在第一长方体结构133远离掺杂硅层120的表面，所述三棱柱结构137设置在第二长方体结构135远离第一长方体结构133的表面，所述三棱柱结构137底面的宽度等于所述第二长方体结构135上表面的宽度且大于所述第一长方体结构133上表面的宽度，所述第一长方体结构133和三棱柱结构137的材料为金属。

[0074] 本发明第四实施例所提供的太阳能电池40与本发明第一实施例所提供的太阳能电池10基本相同，其区别在于，第四实施例提供的太阳能电池40中的电极引线140覆盖所述上电极130以及所述掺杂硅层120远离硅片衬底110的表面。所述电极引线140的材料为金属材料，所述电极引线140可以通过沉积的方式形成在所述上电极130的表面。

[0075] 参见图11和图12，本发明第五实施例所提供的太阳能电池50，其包括一背电极100、一硅片衬底110、一掺杂硅层120、一上电极130以及一电极引线140。所述硅片衬底110具有相对的第一表面1102和第二表面1104，所述背电极100设置在硅片衬底110的第二表面
1104，并与所述硅片衬底110欧姆接触；所述掺杂硅层120形成于所述硅片衬底110的第一表面1102；所述上电极130设置在掺杂硅层120远离硅片衬底110的表面；所述上电极130远离掺杂硅层120的表面包括第一区域1302和第二区域1304，所述第二区域1304对应的上电极
130部分作电极引线140，所述第一区域1302对应的上电极130部分包括多个多尺度的三维纳米结构131，所述三维纳米结构131包括一第一长方体结构133、一第二长方体结构135及一三棱柱结构137，所述第一长方体结构133设置在掺杂硅层120远离硅片衬底110的表面，所述第二长方体结构135设置在第一长方体结构133远离掺杂硅层120的表面，所述三棱柱结构137设置在第二长方体结构135远离第一长方体结构133的表面，所述三棱柱结构137底面的宽度等于所述第二长方体结构135上表面的宽度且大于所述第一长方体结构133上表面的宽度，所述第一长方体结构133和三棱柱结构137的材料为金属。

[0076] 本发明第五实施例所提供的太阳能电池50与本发明第一实施例所提供的太阳能电池10基本相同，其区别在于，本发明第五实施例所提供的上电极130与电极引线140一体成型。

[0077] 在制备的过程中，可通过在第二区域1304设置光刻胶作掩模的方法，使图案化的掩模层139仅形成于第一区域1302，只刻蚀第一区域1302的第二金属层136、隔离层134以及第一金属层132，即只在所述第一区域1302形成松树状的三维纳米结构131。所述第二区域1304的光刻胶与图案化的掩模层139的材料不同，以保证在刻蚀图案化的掩模层139时，所述第二区域的光刻胶不被刻蚀。

[0078] 参见图13，本发明第六实施例所提供的太阳能电池60，其包括一背电极100、一硅片衬底110、一掺杂硅层120、一上电极130以及一电极引线140。所述硅片衬底110具有相对的第一表面1102和第二表面1104，所述背电极100设置在硅片衬底110的第二表面1104，并与所述硅片衬底110欧姆接触；所述掺杂硅层120形成于所述硅片衬底110的第一表面1102；所述上电极130设置在掺杂硅层120远离硅片衬底110的表面；所述上电极130远离掺杂硅层
120的表面包括第一区域1302、第二区域1304和第三区域1306。所述第二区域1304对应的上电极130部分为电极引线140，所述第一区域1302和第三区域1306对应的上电极130部分包括多个多尺度的三维纳米结构131，所述三维纳米结构131包括一第一长方体结构133、一第二长方体结构135及一三棱柱结构137，所述第一长方体结构133设置在掺杂硅层120远离硅片衬底110的表面，所述第二长方体结构135设置在第一长方体结构133远离掺杂硅层120的表面，所述三棱柱结构137设置在第二长方体结构135远离第一长方体结构133的表面，所述三棱柱结构137底面的宽度等于所述第二长方体结构135上表面的宽度且大于所述第一长方体结构133上表面的宽度，所述第一长方体结构133和三棱柱结构137的材料为金属。

[0079] 本发明第六实施例所提供的太阳能电池60与本发明第一实施例所提供的太阳能电池10基本相同，其区别在于，本发明第六实施例所提供的所述上电极130与所述电极引线140一体成型，并且所述上电极130包括两部分被所述电极引线140电连接。

[0080] 在制备的过程中，将光刻胶设置于所述第二区域1304，所述图案化的第一掩模层设置于所述第一区域1302和所述第三区域1306，只刻蚀第一区域1302和第三区域1306的第二金属层136、隔离层134以及第一金属层132，即只在所述第一区域1302和第三区域1306形成松树状的三维纳米结构。所述第二区域1304的光刻胶与图案化的掩模层139材料不同，以保证在刻蚀图案化的掩模层139时，所述第二区域1304的光刻胶不被刻蚀。

[0081] 工作时，太阳光照射到上电极130，并通过所述上电极130之间的空隙照射到开口内，由于每层结构构成了不同品质的谐振腔，每个谐振腔吸收相应光子，传递给P-N结，太阳光通过所述开口的内壁多次反射，反射到掺杂的硅层，从而增加了该太阳能电池的陷旋光性。在所述N型掺杂硅层和P型硅片衬底的接触面形成P-N结，所述N型掺杂硅层多余的电子趋向P型硅片衬底，并形成阻挡层或接触电位差。太阳光从所述太阳能电池的上电极一侧入射，当所述P-N结在太阳光的激发下产生多个电子-空穴对时，所述多个电子-空穴对在内电场作用下分离，N型掺杂硅层中的电子向所述上电极移动，P型硅片衬底中的空穴向所述背电极移动，然后分别被所述背电极和上电极收集，当连接外电路时形成电流。

[0082] 本发明中所述多个三维结构能够实现不同波长的共振，相邻三棱柱结构之间的第三开口可以实现窄带共振，窄带共振的半高宽为0.1纳米～3纳米，共振峰的位置为从近紫外到中红外的范围。本发明可以实现光的人工操纵和纳米汇聚及能量上转化。利用多尺度的三维纳米结构的表面等离子体共振特性可以实现在纳米尺度上对光的操纵和高效利用，提高光电转化效率。

[0083] 相较于现有技术，本发明所提供的太阳能电池具有以下优点，所述作上电极的三维纳米结构由至少两部分结构组成，每层结构构成了不同宽度的谐振腔，每个谐振腔吸收相应共振波附近的光子，并将光子传递给P-N结，这种结构可以有效地拓展共振波的范围，进而提高光电转换效率。

[0084] 上述各实施例是对本发明内容作进一步说明，不应理解为本发明的范围仅限于上述实施例，凡基于上述内容所实现的技术均属于本发明保护的范围。另外，本领域技术人员还可以在本发明精神内做其它变化，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围内。

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