專利名稱：一種太陽(yáng)能電池用透明導(dǎo)電減反射薄膜的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種太陽(yáng)能電池表面的具有納米結(jié)構(gòu)的氧化鋅透明導(dǎo)電減反射薄膜。
背景技術(shù)：
太陽(yáng)能電池發(fā)電的原理主要是半導(dǎo)體的光電效應(yīng)，一般的半導(dǎo)體主要結(jié)構(gòu)如下N 型半導(dǎo)體中含有較多的電子，而P型半導(dǎo)體中含有較多的空穴，這樣，當(dāng)P型和N型半導(dǎo)體結(jié)合在一起時(shí)，就會(huì)在接觸面形成電勢(shì)差，這就是PN結(jié)。當(dāng)P型和N型半導(dǎo)體結(jié)合在一起時(shí)，在兩種半導(dǎo)體的交界面區(qū)域里會(huì)形成一個(gè)特殊的薄層，界面的P型一側(cè)帶負(fù)電，N型一側(cè)帶正電。這是由于P型半導(dǎo)體多空穴，N型半導(dǎo)體多自由電子，出現(xiàn)了濃度差。N區(qū)的電子會(huì)擴(kuò)散到P區(qū)，P區(qū)的空穴會(huì)擴(kuò)散到N區(qū)，一旦擴(kuò)散就形成了一個(gè)由N指向P的“內(nèi)電場(chǎng)”， 從而阻止擴(kuò)散進(jìn)行。達(dá)到平衡后，就形成了這樣一個(gè)特殊的薄層形成電勢(shì)差，這就是PN結(jié)。 當(dāng)晶片受光后，PN結(jié)中，N型半導(dǎo)體的空穴往P型區(qū)移動(dòng)，而P型區(qū)中的電子往N型區(qū)移動(dòng)， 從而形成從N型區(qū)到P型區(qū)的電流。然后在PN結(jié)中形成電勢(shì)差，這就形成了電源。由于半導(dǎo)體不是電的良導(dǎo)體，電子在通過(guò)p-n結(jié)后如果在半導(dǎo)體中流動(dòng)，電阻非常大，損耗也就非常大。另外硅表面非常光亮，會(huì)反射掉大量的太陽(yáng)光，不能被電池利用。為了收集太陽(yáng)能電池中的光生載流子，通常的做法是在表面制作很細(xì)的金屬電極。但是金屬電極會(huì)遮擋一部分電池表面，同時(shí)電極不能覆蓋電池全部表面使很多載流子只有通過(guò)橫向運(yùn)動(dòng)才能被收集，增大了載流子的復(fù)合概率，從而降低了電池的轉(zhuǎn)換效率。此外，為了降低對(duì)太陽(yáng)光的反射，需要在電池表面制備一層減反射膜。這樣，太陽(yáng)能電池的表面結(jié)構(gòu)為減反射膜加格柵金屬電極，需要兩個(gè)工藝步驟才能完成。盡管采用透明導(dǎo)電材料來(lái)制備電極可以減小電池表面電極遮擋損失及提高載流子的收集效率，但由于其較高的反射率，仍然會(huì)影響電池的轉(zhuǎn)換效率。因此，如何制備具有高減反射效率的透明導(dǎo)電膜就成了解決問(wèn)題的關(guān)鍵。

實(shí)用新型內(nèi)容實(shí)用新型目的本實(shí)用新型的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種具有高減反射效率的可以替代太陽(yáng)能電池中的金屬電極和減反射膜的透明導(dǎo)電減反射薄膜。技術(shù)方案本實(shí)用新型利用半導(dǎo)體制備工藝中比較成熟的氣相沉積方法(比如金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積方法，分子束外延方法，電子束加熱蒸發(fā)方法，濺射方法，化學(xué)氣相沉積方法，脈沖激光沉積方法等等)并結(jié)合氧化鋅材料本身在成膜過(guò)程中擇優(yōu)取向生長(zhǎng)的特性，通過(guò)調(diào)節(jié)影響薄膜生長(zhǎng)的主要工藝參數(shù)，使氧化鋅擇優(yōu)取向生長(zhǎng)的特性在成膜過(guò)程中凸顯出來(lái)，從而生長(zhǎng)出具有納米結(jié)構(gòu)的氧化鋅薄膜。通過(guò)進(jìn)一步調(diào)節(jié)這些影響參數(shù)，可以得到各種形貌和大小的納米結(jié)構(gòu)。另外，通過(guò)薄膜生長(zhǎng)中的摻雜，主要是三價(jià)金屬雜質(zhì)(比如鎵或者鋁)的摻雜，改善膜層的導(dǎo)電性能。同時(shí)，為了使生長(zhǎng)出的具有納米結(jié)構(gòu)的氧化鋅薄膜具有較好的晶格質(zhì)量，可以在太陽(yáng)能電池表面先沉積一層厚度為1納米至100納米的氧化鋅致密薄膜，作為后繼薄膜生長(zhǎng)的緩沖層。本實(shí)用新型所述的太陽(yáng)能電池用透明導(dǎo)電減反射薄膜，從太陽(yáng)能電池的表面向上依次為氧化鋅緩沖層和氧化鋅納米結(jié)構(gòu)薄膜層。其中所述氧化鋅納米結(jié)構(gòu)薄膜層可以根據(jù)需要生成各種形貌和大小的納米結(jié)構(gòu)， 優(yōu)選為納米柱狀陣列結(jié)構(gòu)或納米錐狀陣列結(jié)構(gòu)。為了進(jìn)一步改善膜層的導(dǎo)電性能，所述氧化鋅緩沖層中摻有能改善薄膜的導(dǎo)電性質(zhì)的三價(jià)金屬雜質(zhì)，如鎵或鋁，所述氧化鋅緩沖層的厚度為1 100納米。所述氧化鋅納米結(jié)構(gòu)薄膜層中也含有能改善薄膜的導(dǎo)電性質(zhì)的三價(jià)金屬雜質(zhì)，所述氧化鋅納米結(jié)構(gòu)薄膜層的厚度為1納米 5000納米。本實(shí)用新型所述的太陽(yáng)能電池用透明導(dǎo)電減反射薄膜的制備方法，包括如下步驟(1)采用薄膜氣相沉積方法，選擇合適的影響薄膜生長(zhǎng)的工藝參數(shù)，在太陽(yáng)能電池表面沉積一層1 100納米厚度的氧化鋅致密薄膜作為氧化鋅緩沖層；，在薄膜生長(zhǎng)的過(guò)程中，摻入能改善薄膜導(dǎo)電性質(zhì)的三價(jià)的金屬雜質(zhì)；(2)緩沖層長(zhǎng)成之后，對(duì)其在空氣中進(jìn)行退火處理，溫度為300 1000°C，退火時(shí)間為5 200分鐘；(3)在已經(jīng)生長(zhǎng)了氧化鋅緩沖層的太陽(yáng)能電池襯底上，采用薄膜氣相沉積方法，通過(guò)調(diào)節(jié)影響薄膜生長(zhǎng)的參數(shù)，得到所需大小和形貌的納米結(jié)構(gòu)薄膜；在薄膜生長(zhǎng)的過(guò)程中， 摻入能改善薄膜的導(dǎo)電性質(zhì)三價(jià)的金屬雜質(zhì)。本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，其有益效果是本實(shí)用新型具有納米結(jié)構(gòu)的薄膜與普通的薄膜相比，薄膜的減反射效率得到了極大的提高，有利于提高太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率；同時(shí)，考慮到摻雜的氧化鋅透明導(dǎo)電薄膜本身在收集載流子效率方面的優(yōu)勢(shì)，用這種薄膜同時(shí)替代太陽(yáng)能電池中傳統(tǒng)的金屬電極和減反射膜，在增加載流子收集效率的同時(shí)，又起到了減反射的作用，因而既有利于提高太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率又有利于簡(jiǎn)化電池的生產(chǎn)工藝。

圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例1中在太陽(yáng)能電池表面生長(zhǎng)具有氧化鋅納米柱狀陣列膜層結(jié)構(gòu)的透明導(dǎo)電減反射膜的簡(jiǎn)單示意圖。圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例2中在太陽(yáng)能電池表面生長(zhǎng)具有氧化鋅納米錐狀陣列膜層結(jié)構(gòu)的透明導(dǎo)電減反射膜的簡(jiǎn)單示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖，通過(guò)最佳實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，但是本實(shí)用新型的保護(hù)范圍不局限于所述實(shí)施例。實(shí)施例1 如圖1所示，本實(shí)用新型太陽(yáng)能電池用透明導(dǎo)電減反射薄膜，從太陽(yáng)能電池的P型區(qū)表面向上依次為氧化鋅緩沖層和氧化鋅納米結(jié)構(gòu)薄膜層，其中氧化鋅緩沖層的厚度為1-100納米，氧化鋅納米結(jié)構(gòu)薄膜層為納米柱狀陣列結(jié)構(gòu)，高度為1納米 5000 納米，直徑為1納米 5000納米。[0020]具體制備步驟如下(1)利用金屬有機(jī)物化學(xué)氣相淀積方法，在太陽(yáng)能電池表面沉積一層1納米至100 納米厚的氧化鋅致密薄膜作為緩沖層，同時(shí)在薄膜生長(zhǎng)的過(guò)程中，摻入鎵或鋁，改善薄膜的導(dǎo)電性質(zhì)。(2)緩沖層長(zhǎng)成之后，對(duì)其在空氣中進(jìn)行退火處理，溫度大概為300 1000°C，退火時(shí)間為5 200分鐘。(3)在已經(jīng)生長(zhǎng)了氧化鋅緩沖層的太陽(yáng)能電池襯底上，利用金屬有機(jī)物化學(xué)氣相淀積方法，制備到高度1納米 5000納米，直徑1納米 5000納米的柱狀陣列結(jié)構(gòu)。在薄膜生長(zhǎng)的過(guò)程中，摻入三價(jià)金屬鎵或鋁，改善薄膜的導(dǎo)電性質(zhì)。實(shí)施例2 如圖2所示，本實(shí)用新型太陽(yáng)能電池用透明導(dǎo)電減反射薄膜，從太陽(yáng)能電池的P型區(qū)表面向上依次為氧化鋅緩沖層和氧化鋅納米結(jié)構(gòu)薄膜層，其中氧化鋅緩沖層的厚度為ι 100納米，氧化鋅納米結(jié)構(gòu)薄膜層為納米錐狀陣列結(jié)構(gòu)，高度為1納米 5000 納米，直徑為1納米 5000納米。具體制備步驟如下(1)利用脈沖激光沉積方法，在太陽(yáng)能電池表面沉積一層1納米至100納米厚的氧化鋅致密薄膜作為緩沖層，同時(shí)在薄膜生長(zhǎng)的過(guò)程中，摻入鎵或鋁，改善薄膜的導(dǎo)電性質(zhì)。(2)緩沖層長(zhǎng)成之后，對(duì)其在空氣中進(jìn)行退火處理，溫度大概為300 1000°C，退火時(shí)間為5 200分鐘。(3)在已經(jīng)生長(zhǎng)了氧化鋅緩沖層的太陽(yáng)能電池襯底上，利用金屬有機(jī)物化學(xué)氣相淀積方法，制備到高度1納米 5000納米，直徑1納米 5000納米的錐狀陣列結(jié)構(gòu)。在薄膜生長(zhǎng)的過(guò)程中，摻入三價(jià)金屬鎵或鋁，改善薄膜的導(dǎo)電性質(zhì)。如上所述，盡管參照特定的優(yōu)選實(shí)施例已經(jīng)表示和表述了本實(shí)用新型，但其不得解釋為對(duì)本實(shí)用新型自身的限制。在不脫離所附權(quán)利要求定義的本實(shí)用新型的精神和范圍前提下，可對(duì)其在形式上和細(xì)節(jié)上作出各種變化。
權(quán)利要求1.一種太陽(yáng)能電池用透明導(dǎo)電減反射薄膜，其特征在于從太陽(yáng)能電池的表面向上依次為氧化鋅緩沖層和氧化鋅納米結(jié)構(gòu)薄膜層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能電池用透明導(dǎo)電減反射薄膜，其特征在于所述氧化鋅納米結(jié)構(gòu)薄膜層為納米柱狀陣列結(jié)構(gòu)或納米錐狀陣列結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能電池用透明導(dǎo)電減反射薄膜，其特征在于所述氧化鋅緩沖層的厚度為1 100納米。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能電池用透明導(dǎo)電減反射薄膜，其特征在于所述氧化鋅納米結(jié)構(gòu)薄膜層的厚度為1納米 5000納米。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)一種太陽(yáng)能電池用透明導(dǎo)電減反射薄膜，從太陽(yáng)能電池的表面向上依次為氧化鋅緩沖層和氧化鋅納米結(jié)構(gòu)薄膜層。本實(shí)用新型具有納米結(jié)構(gòu)的薄膜與普通的薄膜相比，薄膜的減反射效率得到了極大的提高，有利于提高太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率；同時(shí)，考慮到摻雜的氧化鋅透明導(dǎo)電薄膜本身在收集載流子效率方面的優(yōu)勢(shì)，用這種薄膜同時(shí)替代太陽(yáng)能電池中傳統(tǒng)的金屬電極和減反射膜，在增加載流子收集效率的同時(shí)，又起到了減反射的作用，因而既有利于提高太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率又有利于簡(jiǎn)化電池的生產(chǎn)工藝。
文檔編號(hào)H01L31/0224GK202013888SQ201120014609
公開(kāi)日2011年10月19日 申請(qǐng)日期2011年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月18日
發(fā)明者葉剛, 婁朝剛 申請(qǐng)人:東南大學(xué)