專利名稱：一種新型鋁納米顆粒表面等離激元增強太陽電池的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種基于鋁納米顆粒表面等離激元增強效應的太陽能電池，屬于光伏技術領域。
背景技術：
現(xiàn)有薄膜太陽電池的陷光技術主要集中在以下兩方面:用絨面結構的前電極增強光的散射以減小反射損失；電池背面采用織構背反射器。盡管這些陷光結構在一定程度上可以把入射光子，最終限制在電池內(nèi)部，由多次吸收產(chǎn)生更多的光生載流子，從而提高電池的短路電流。但這種技術也存在著極大的問題:(I)這種織構或絨面結構的薄膜上生長的有源層的缺陷態(tài)密度較大，從而導致電池的開路電壓和填充因子降低；(2)由于織構而導致的表面積的增大會增加載流子的表面復合；(3)不能與有源層的禁帶寬度進行匹配。

發(fā)明內(nèi)容
為解決現(xiàn)有薄膜太陽電池陷光技術的不足，本發(fā)明提供一種基于新型鋁納米顆粒表面等離激元陷光技術的太陽電池，克服了由于織構而導致的載流子表面復合、有源層缺陷態(tài)密度增大以及不能與有源層禁帶寬度進行匹配的問題，可有效地提高太陽電池的光吸收，從而提聞其光電轉換效率。本發(fā)明涉及一種新型鋁納米顆粒表面等離激元陷光技術的太陽電池，其特征是在不銹鋼襯底上，沉積一層透明導電薄膜，透明導電膜上是鋁納米顆粒，顆粒的形態(tài)可以為球形，棱柱形，以此在該區(qū)域激發(fā)表面等離激元；鋁顆粒上是常規(guī)NIP結，其材料可以是硅薄膜或硅鍺合金薄膜；結上面是一層極薄的高阻氧化鋅薄膜；氧化鋅薄膜上面仍為鋁納米顆粒，顆粒的形態(tài)可以為球形，橢球形，棱柱形，用以在該區(qū)域激發(fā)表面等離激元；鋁納米顆粒表面等離激元上面是透明電極。本發(fā)明所采用的技術方案是:第一，在不銹鋼襯底上，利用磁控濺射設備沉積銦錫氧(ITO)或摻鋁氧化鋅(AZO)透明導電薄膜；第二，利用磁控濺射設備在透明導電薄膜上沉積鋁膜；鋁膜的厚度及微結構可通過濺射過程中的氣體壓強、功率密度、襯底溫度及沉積時間進行調控；第三，通過真空退火或氮氣氣氛保護退火形成鋁納米顆粒，鋁納米顆粒的形狀、密度、尺寸可由鋁膜厚度、退火溫度及退火時間來控制，無需光刻工藝；鋁納米顆粒陣列可有效的激發(fā)表面等離激元，起到近場增強效應和增大散射作用；第四，在鋁納米顆粒陣列上用化學氣相沉積法制備常規(guī)NIP結，其材料可以是硅薄膜或硅鍺合金薄膜；第五，在結上用磁控濺射法沉積一層極薄的氧化鋅薄膜；第六，在氧化鋅薄膜上沉積鋁納米顆粒，以此激發(fā)表面等離激元，制備方法與二同；第七，在鋁納米顆粒陣列上沉積透明電極，制備方法與一同。本發(fā)明的有益效果是(I)克服了傳統(tǒng)薄膜太陽電池中由于織構而導致的載流子表面復合、有源層缺陷態(tài)密度增大的問題；(2)以鋁納米顆粒激發(fā)表面等離激元，同時起到了近場增強效應和增大散射作用，因此可大大提高光吸收，進而提高太陽電池的效率；(3)可通過調控表面等離激元的共振頻率，靈活的將表面等離激元與有源層禁帶寬度進行優(yōu)化匹配；(4)無需采用光刻工藝，因此成本低。


下面，結合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步說明附圖是新型鋁納米顆粒表面等離激元增強太陽電池的結構示意圖1.不銹鋼襯底；2.透明導電薄膜，可以是AZO或ITO薄膜，作為太陽電池的一個電極；3.鋁納米顆粒陣列，其形態(tài)可以為球形，橢球形，棱柱形；4.NIP結，可以是硅或硅鍺合金薄膜；5.極薄的高阻氧化鋅薄膜；6.鋁納米顆粒陣列，其形態(tài)可以為球形，橢球形，棱柱形；7.透明電極，可以是AZO或ITO薄膜，作為太陽電池的另一個電極。
具體實施例方式如圖1，在不銹鋼襯底(I)上，利用磁控濺射設備在真空腔體內(nèi)沉積ITO或AZO透明導電薄膜(2)，本底真空度達到6*10_4Pa，薄膜厚度在50-100nm之間；在同一濺射真空腔內(nèi)沉積鋁膜，沉積氣壓為0.8-3Pa，襯底溫度為120°C -200°C，薄膜厚度在15nm_60nm之間；將鋁膜進行原位退火或在氮氣保護下退火，退火溫度維持在300°C -400°C，退火時間為
1.5-3小時，形成鋁納米顆粒陣列(3)，其尺寸在20-60nm之間，可通過延長退火時間降低其密度，無需采用光刻技術；在鋁納米顆粒陣列上采用化學氣相沉積法制備常規(guī)NIP結(4)，其材料可以是硅薄膜或者硅鍺合金薄膜；在NIP結上用磁控濺射設備沉積5-15nm的高阻ZnO薄膜(5)，沉積氣壓為l_2Pa，襯底溫度為200°C左右；在高阻ZnO薄膜上制備鋁納米顆粒陣列(6),制備方法與(3)同，但顆粒尺寸應在15nm-30nm左右;招納米陣列(3)與(6)可激發(fā)表面等離激元，表面等離激元的共振頻率可通過調節(jié)顆粒尺寸及密度進行調控，進而可與有源層的禁帶寬度(1.2-1.7eV)進行優(yōu)化匹配；最后制備透明電極(7)，制備方法與
(2)相同。
權利要求
1.本發(fā)明涉及一種新型鋁納米顆粒表面等離激元增強太陽電池，其特征是在不銹鋼襯底上，沉積一層透明導電薄膜，透明導電膜上是鋁納米顆粒，顆粒的形態(tài)可以為球形，橢球形，棱柱形，以此在該區(qū)域激發(fā)表面等離激元；鋁顆粒上是常規(guī)NIP結，其材料可以是硅薄膜或硅鍺合金薄膜；結上面是一層極薄的高阻氧化鋅薄膜；氧化鋅薄膜上面仍為鋁納米顆粒，顆粒的形態(tài)可以為球形，橢球形，棱柱形，用以在該區(qū)域激發(fā)表面等離激元；鋁納米顆粒表面等離激元上面是透明電極。
2.根據(jù)權利要求1中所述的太陽電池，其特征是以鋁納米顆粒陣列激發(fā)表面等離激元，顆粒形態(tài)可以為球形，橢球形，棱柱形，表面等離激元分別位于太陽電池的兩個透明電極。
3.根據(jù)權利要求1中所述的太陽電池，其特征是利用磁控濺射法在真空腔體內(nèi)沉積鋁膜，然后進行原位退火或氮氣保護退火形成鋁納米顆粒陣列，無需光刻技術。
4.根據(jù)權利要求1中所述的太陽電池，其特征是通過調節(jié)鋁納米顆粒尺寸及密度調控表面等離激元的共振頻率，進而與有源層的禁帶寬度(1.2-1.7eV)進行優(yōu)化匹配。
5.根據(jù)權利要求1中所述的太陽電池，其特征是傳統(tǒng)NIP結上面是一層厚度為5-15nm的高阻氧化鋅薄膜。
6.根據(jù)權利要求1中所述的太陽電池，其結構特征是:不銹鋼襯底/透明導電薄膜/鋁納米顆粒陣列(激發(fā)表面等離激元)/NIP結/高阻氧化鋅膜/鋁納米顆粒陣列(激發(fā)表面等離激元)/透明電極。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種新型鋁納米顆粒表面等離激元增強太陽電池，屬于光伏技術領域。其特征是利用磁控濺射設備在真空腔體內(nèi)沉積鋁膜，然后進行原位退火或氮氣保護退火形成鋁納米顆粒陣列，以此激發(fā)表面等離激元，無需光刻技術。通過調節(jié)鋁納米顆粒尺寸及密度調控表面等離激元的共振頻率，進而與薄膜太陽電池有源層的禁帶寬度(1.2-1.7ev)進行優(yōu)化匹配，利用其近場增強效應和散射效應提高光吸收，從而提高太陽電池的效率?？朔藗鹘y(tǒng)薄膜太陽電池陷光技術中由于采用織構而導致的載流子表面復合、有源層缺陷態(tài)密度增大的問題，且不需要濕法刻蝕、光刻等復雜工藝，因此大大降低太陽電池的成本。
文檔編號H01L31/0352GK103094375SQ20111034028
公開日2013年5月8日 申請日期2011年11月2日 優(yōu)先權日2011年11月2日
發(fā)明者郝會穎 申請人:中國地質大學(北京)