半導(dǎo)體薄膜太陽(yáng)能電池前后表面的陷光結(jié)構(gòu)制備方法
【專(zhuān)利摘要】一種半導(dǎo)體薄膜太陽(yáng)能電池前后表面的陷光結(jié)構(gòu)制備方法，包括以下步驟：步驟1：在玻璃襯底上通過(guò)濺射生長(zhǎng)一層反射鏡；步驟2：在反射鏡上沉積一層第一金屬納米顆粒；步驟3：在第一金屬納米顆粒上生長(zhǎng)第一背電極；步驟4：在第一背電極上再沉積一層第二金屬納米顆粒；步驟5：在第二金屬納米顆粒上再沉積一層第二背電極；步驟6：在第二背電極上生長(zhǎng)一層薄膜太陽(yáng)能電池材料；步驟7：在薄膜太陽(yáng)能電池材料的上表面上刻蝕出二維光柵結(jié)構(gòu)；步驟8：在二維光柵結(jié)構(gòu)上生長(zhǎng)一層前電極，完成制備。本發(fā)明是利用前表面光柵和背面雙層金屬納米結(jié)構(gòu)對(duì)入射光形成多次散射作用，增強(qiáng)對(duì)入射光及透射光的作用效果。
【專(zhuān)利說(shuō)明】半導(dǎo)體薄膜太陽(yáng)能電池前后表面的陷光結(jié)構(gòu)制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及薄膜太陽(yáng)能電池，特別是提供一種半導(dǎo)體薄膜太陽(yáng)能電池前后表面的陷光結(jié)構(gòu)制備方法，本發(fā)明把傳統(tǒng)單一陷光結(jié)構(gòu)結(jié)合起來(lái)增加對(duì)光的吸收，為提高太陽(yáng)能電池效率提供了 一種新思路。
【背景技術(shù)】
[0002]太陽(yáng)能電池發(fā)電成本同傳統(tǒng)火力、水力發(fā)電成本相比很高。為了提高太陽(yáng)能電池的競(jìng)爭(zhēng)力必須提高太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率和降低成本。作為第二代太陽(yáng)能電池，薄膜電池比晶體硅電池所使用材料減少了 90%以上，因此成本大幅度降低。但是由于電池吸收層太薄，電池對(duì)光的吸收不夠充分。因此，增強(qiáng)薄膜電池光吸收對(duì)提高太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)換效率至關(guān)重要。
[0003]傳統(tǒng)晶硅電池的表面陷光結(jié)構(gòu)除了減反層外，主要是利用酸堿腐蝕出倒金字塔結(jié)構(gòu)，其大小在2-10微米范圍內(nèi)。但是一般薄膜電池厚度在1-2微米范圍，因此倒金字塔結(jié)構(gòu)并不適用于薄膜電池。通常的薄膜電池通過(guò)沉積在隨機(jī)表面織構(gòu)的襯底上來(lái)達(dá)到陷光的效果。由于襯底表面織構(gòu)的陷光能力有限，薄膜電池更為有效的陷光結(jié)構(gòu)得到進(jìn)一步發(fā)展:電池表面光柵結(jié)構(gòu)；利用光子晶體增強(qiáng)電池的光吸收；利用金屬納米顆粒的表面等離子體近場(chǎng)增強(qiáng)作用增加光吸收等。光柵使光產(chǎn)生高級(jí)衍射改變光的傳播方向，使光在吸收層中橫向傳播，增加了光的傳播路徑從而增加了光被吸收的可能。光子晶體是折射率周期性變化的納米結(jié)構(gòu)，經(jīng)過(guò)光子晶體繞射的光會(huì)以更小的角度重新進(jìn)入電池吸收層，低角度可防止光逃離硅，增加光被吸收和轉(zhuǎn)換成光電流的機(jī)會(huì)。利用金屬納米顆粒激發(fā)表面等離子體激元增強(qiáng)薄膜電池光吸收的原理在于入射光受表面等離子體作用，大部分入射光將被散射進(jìn)入折射率較大的介質(zhì)(電池)中。而且，當(dāng)金屬納米顆粒直徑較大時(shí)對(duì)光的散射能力較強(qiáng)，吸收層中光程大大延長(zhǎng)。
[0004]然而，以上特定的陷光結(jié)構(gòu)針對(duì)特定波段的光吸收增強(qiáng)效果更明顯，由于半導(dǎo)體太陽(yáng)能電池的吸收譜較寬(比如晶體硅太陽(yáng)能電池的光吸收譜在300nmll00nm之間)，單一的陷光結(jié)構(gòu)不可能有效散射所有的入射光。本發(fā)明提出將單一的陷光結(jié)構(gòu)結(jié)合起來(lái)，在正面和背面均有陷光結(jié)構(gòu)，形成對(duì)更寬波段的光有散射作用的混合陷光結(jié)構(gòu)，對(duì)于提高半導(dǎo)體薄膜太陽(yáng)能電池的光吸收具有重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于，提供一種半導(dǎo)體薄膜太陽(yáng)能電池前后表面的陷光結(jié)構(gòu)制備方法，其是區(qū)別于傳統(tǒng)陷光結(jié)構(gòu)的混合陷光結(jié)構(gòu)，利用前表面光柵和背面雙層金屬納米結(jié)構(gòu)對(duì)入射光形成多次散射作用，增強(qiáng)對(duì)入射光及透射光的作用效果。前表面光柵主要使入射光大角度進(jìn)入電池吸收層，增加其傳播路徑，降低光的反射率，背面雙層金屬納米顆粒把長(zhǎng)波方向的透射光散射回電池吸收層，增加該部分光的吸收。
[0006]本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體薄膜太陽(yáng)能電池前后表面的陷光結(jié)構(gòu)制備方法，包括以下步驟:
[0007]步驟1:在玻璃襯底上通過(guò)濺射生長(zhǎng)一層反射鏡；
[0008]步驟2:在反射鏡上沉積一層第一金屬納米顆粒；
[0009]步驟3:在第一金屬納米顆粒上生長(zhǎng)第一背電極；
[0010]步驟4:在第一背電極上再沉積一層第二金屬納米顆粒；
[0011]步驟5:在第二金屬納米顆粒上再沉積一層第二背電極；
[0012]步驟6:在第二背電極上生長(zhǎng)一層薄膜太陽(yáng)能電池材料；
[0013]步驟7:在薄膜太陽(yáng)能電池材料的上表面上刻蝕出二維光柵結(jié)構(gòu)；
[0014]步驟8:在二維光柵結(jié)構(gòu)上生長(zhǎng)一層前電極，完成制備。
[0015]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下積極效果:
[0016]1、由于單一陷光結(jié)構(gòu)只是在特定波段的光有較好的陷光效果。本發(fā)明通過(guò)調(diào)整光柵結(jié)構(gòu)陷光和金屬顆粒表面等離子體陷光的參數(shù)優(yōu)化，周期、占空比等，擴(kuò)展了陷光結(jié)構(gòu)對(duì)光的作用范圍；
[0017]2、由于單一陷光結(jié)構(gòu)，二維光柵結(jié)構(gòu)和金屬納米顆粒材料單一，僅對(duì)一定范圍的入射光起作用。本發(fā)明通過(guò)調(diào)整金屬納米顆粒與光柵結(jié)構(gòu)的種類(lèi)，擴(kuò)展了混合陷光結(jié)構(gòu)對(duì)入射光的作用范圍；
[0018]3、同時(shí)改變混合陷光結(jié)構(gòu)的參數(shù)(周期、占空比等)和種類(lèi)可大大擴(kuò)展混合陷光結(jié)構(gòu)對(duì)入射光的作用范圍。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0019]為使本發(fā)明的目的、內(nèi)容、優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，下面將參照附圖結(jié)合實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，其中:
[0020]圖1為本發(fā)明的制作方法流程圖；
[0021]圖2為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]請(qǐng)參閱圖1至圖2所示，本發(fā)明提供了一種半導(dǎo)體薄膜太陽(yáng)能電池前后表面的陷光結(jié)構(gòu)制備方法，包括以下步驟:
[0023]步驟1:在玻璃襯底I上通過(guò)濺射生長(zhǎng)一層反射鏡2，所述的反射鏡2的材料為Ag或Al，該反射鏡2的厚度為50nm-150nm ；
[0024]步驟2:在反射鏡2上沉積一層第一金屬納米顆粒3 ；
[0025]步驟3:在第一金屬納米顆粒3上生長(zhǎng)第一背電極4 ；
[0026]步驟4:在第一背電極4上再沉積一層第二金屬納米顆粒5 ；
[0027]其中所述的第一、第二金屬納米顆粒3、5的材料為Ag、Au、Cu或Al,直徑為IOOnm一 300nm,周期為600nm — 1200nm,該金屬納米顆粒在入射光的激發(fā)下可以形成表面等離子體，將從電池中透射出來(lái)的太陽(yáng)光定向散射回電池吸收層，當(dāng)金屬顆粒較大時(shí)，其散射能力對(duì)光吸收的增強(qiáng)效果要大于表面等離子體作用；
[0028]步驟5:在第二金屬納米顆粒5上再沉積一層第二背電極6 ；
[0029]其中所述的第一、第二背電極4、6的材料為ΑΖ0，厚度為50nm250nm，這兩層背電極除了用作電極外，還用來(lái)阻止反射鏡2，第一、第二金屬納米顆粒3和5向電池吸收層的擴(kuò)散，降低太陽(yáng)能電池表面光生載流子的復(fù)合速率；
[0030]步驟6:在第二背電極6上生長(zhǎng)一層薄膜太陽(yáng)能電池材料7 ；
[0031]步驟7:在薄膜太陽(yáng)能電池材料7的上表面上刻蝕出二維光柵結(jié)構(gòu)9，所述的二維光柵結(jié)構(gòu)9的光柵周期為400nm800nm,厚度為50nm500nm,納米柱直徑為50nm600nm, 二維光柵結(jié)構(gòu)9目的在于針對(duì)薄膜電池光吸收較弱的特點(diǎn)，散射入射光，增強(qiáng)光在吸收層中的傳播路徑，從而增加光吸收；
[0032]步驟8:在二維光柵結(jié)構(gòu)9上生長(zhǎng)一層前電極10，所述的太陽(yáng)能電池前電極10的材料為ΙΤ0,厚度為50nm— 150nm,完成制備。
[0033]以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種半導(dǎo)體薄膜太陽(yáng)能電池前后表面的陷光結(jié)構(gòu)制備方法，包括以下步驟: 步驟1:在玻璃襯底上通過(guò)濺射生長(zhǎng)一層反射鏡； 步驟2:在反射鏡上沉積一層第一金屬納米顆粒； 步驟3:在第一金屬納米顆粒上生長(zhǎng)第一背電極； 步驟4:在第一背電極上再沉積一層第二金屬納米顆粒； 步驟5:在第二金屬納米顆粒上再沉積一層第二背電極； 步驟6:在第二背電極上生長(zhǎng)一層薄膜太陽(yáng)能電池材料； 步驟7:在薄膜太陽(yáng)能電池材料的上表面上刻蝕出二維光柵結(jié)構(gòu)； 步驟8:在二維光柵結(jié)構(gòu)上生長(zhǎng)一層前電極，完成制備。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體薄膜太陽(yáng)能電池前后表面的陷光結(jié)構(gòu)制備方法，其中所述的反射鏡的材料為Ag或Al，該反射鏡的厚度為50nm-250nm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體薄膜太陽(yáng)能電池前后表面的陷光結(jié)構(gòu)制備方法，其中所述的第一、第二金屬納米顆粒的材料為Ag、Au、Cu或Al,直徑為IOOnm — 300nm,周期為600nm-1200nmo
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體薄膜太陽(yáng)能電池前后表面的陷光結(jié)構(gòu)制備方法，其中所述的第一、第二背電極的材料為AZO,厚度為50nm — 250nm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體薄膜太陽(yáng)能電池前后表面的陷光結(jié)構(gòu)制備方法，其中所述的二維光柵結(jié)構(gòu)的光柵周期為400nm — 800nm,厚度為50nm — 500nm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體薄膜太陽(yáng)能電池前后表面的陷光結(jié)構(gòu)制備方法，其中所述的太陽(yáng)能電池前電極的材料為ΙΤ0,厚度為50nml50nm。
【文檔編號(hào)】H01L31/18GK103811589SQ201410052413
【公開(kāi)日】2014年5月21日 申請(qǐng)日期:2014年2月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月17日
【發(fā)明者】時(shí)彥朋, 王曉東, 劉雯, 楊添舒, 馬靜, 楊富華 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所