CN103811590A - 半导体薄膜太阳能电池前后表面的混合陷光结构制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种半导体薄膜太阳能电池前后表面的混合陷光结构制备方法，包括以下步骤：步骤1：在硅薄膜太阳能电池的上表面生长一层介质膜；步骤2：在介质膜上生长一层金属纳米颗粒；步骤3：在硅薄膜太阳能电池下表面刻蚀出二维纳米柱硅光栅结构；步骤4：在二维纳米柱硅光栅结构上生长一层背电极；步骤5：在背电极上生长一层背反射器层，完成制备。本发明是利用前表面金属颗粒和背面光栅结构对入射光不同的作用范围，展宽对入射光的作用范围，本发明降低了光的反射率，提高了薄膜太阳能电池对入射光的吸收。

Description

半导体薄膜太阳能电池前后表面的混合陷光结构制备方法
技术领域
本发明涉及薄膜太阳能电池表面陷光结构，特别是指一种半导体薄膜太阳能电池前后表面的混合陷光结构制备方法，本发明提出把传统单一陷光结构结合起来增加对光的吸收，提高了太阳能电池效率。
背景技术
太阳能电池发电成本同传统火力、水力发电成本相比很高。为了提高太阳能电池的竞争力必须提高太阳能电池的转换效率和降低成本。作为第二代太阳能电池，薄膜电池比晶体硅电池所使用材料降少了90％以上，因此成本大幅度降低。但是由于电池吸收层太薄，电池对光的吸收不够充分。因此，增强薄膜电池光吸收对提高太阳能电池转换效率至关重要。
传统晶硅电池的表面减反结构对薄膜电池并不适用，因此薄膜电池发展出了与本身相适应的陷光结构：电池表面光栅结构；利用金属纳米颗粒的表面等离子体近场增强作用增加光吸收；利用光子晶体增强电池的光吸收等。光栅使光产生高级衍射改变光的传播方向，使光在吸收层中横向传播，增加了光的传播路径从而增加了光被吸收的可能。光子晶体是折射率周期性变化的纳米结构，经过光子晶体绕射的光会以更小的角度重新进入硅层，低角度可防止光逃离硅，增加光被吸收和转换成光电流的机会。利用金属纳米颗粒激发表面等离子体激元增强薄膜电池光吸收的原理在于入射光受表面等离子体作用，大部分入射光将被散射进入折射率较大的介质(硅)中。而且，散射光进入电池光吸收层时入射角范围很大，吸收层中光程大大延长。
然而，以上特定的陷光结构针对特定波段的光吸收增强效果更明显，由于半导体太阳能电池的吸收谱较宽(比如晶体硅太阳能电池的光吸收谱在300nm-1100nm之间)，单一的陷光结构不可能有效散射所有的入射光。本发明提出将单一的陷光结构结合起来，形成对更宽波段的光有散射作用的混合陷光结构，对于提高半导体太阳能电池的光吸收具有重要的意义。
发明内容
本发明的目的在于，提供了一种半导体薄膜太阳能电池前后表面的混合陷光结构制备方法，是利用前表面金属颗粒和背面光栅结构对入射光不同的作用范围，展宽对入射光的作用范围，本发明降低了光的反射率，提高了薄膜太阳能电池对入射光的吸收。
本发明提供一种半导体薄膜太阳能电池前后表面的混合陷光结构制备方法，包括以下步骤：
步骤1：在硅薄膜太阳能电池的上表面生长一层介质膜；
步骤2：在介质膜上生长一层金属纳米颗粒；
步骤3：在硅薄膜太阳能电池下表面刻蚀出二维纳米柱硅光栅结构；
步骤4：在二维纳米柱硅光栅结构上生长一层背电极；
步骤5：在背电极上生长一层背反射器层，完成制备。
与现有技术相比，本发明具有以下积极效果：
1、由于单一陷光结构只是在特定波段的光有较好的陷光效果。本发明通过调整金属颗粒表面等离子体陷光和光栅结构陷光的参数优化，周期、占空比等，扩展了陷光结构对光的作用范围；
2、由于单一陷光结构，金属纳米颗粒和二维光栅结构材料单一，仅对一定范围的入射光起作用。本发明通过调整金属纳米颗粒与光栅结构的种类，扩展了混合陷光结构对入射光的作用范围；
3、同时改变混合陷光结构的参数(周期、占空比等)和种类可大大扩展混合陷光结构对入射光的作用范围。
附图说明
为使本发明的目的、内容、优点更加清楚明白，下面将参照附图结合实施过程进行详细说明，其中：
图1为本发明的制作方法流程图；
图2为本发明的结构示意图。
具体实施方式
请参阅图1至图2所示，本发明提供了一种半导体薄膜太阳能电池前后表面的混合陷光结构制备方法，包括以下步骤：
步骤1：在硅薄膜太阳能电池1的上表面生长一层介质膜2，所述的介质膜2的材料为SiO2、Si3N4、TiO2或ITO，厚度为10nm-100nm，该层膜用作钝化层，用来隔离金属纳米颗粒3与硅薄膜太阳能电池1，减小太阳能电池表面光生载流子的复合速率。上表面金属纳米颗粒的实现过程与太阳能电池制备过程相独立，因此几乎所有太阳能电池都可以使用金属纳米颗粒提高入射光进入电池光吸收层的效率；
步骤2：在介质膜2上生长一层金属纳米颗粒3，所述的金属纳米颗粒3的材料为Ag、Cu、Au或Al，直径为100nm-300nm，周期为100nm-600nm，金属纳米颗粒在入射光的激发下形成表面等离子体，将入射光定向地散射进入太阳能电池吸收层；
步骤3：在硅薄膜太阳能电池1下表面刻蚀出二维纳米柱硅光栅结构5，所述的二维纳米柱硅光栅结构5的周期为600nm-1200nm，厚度为50nm-500nm，二维纳米柱硅光栅目的在于针对薄膜电池光吸收较弱的特点，散射其透射光，增强光在吸收层中的传播路径，从而增加光吸收；
步骤4：在二维纳米柱硅光栅结构5上生长一层背电极6，所述的背电极6的材料为ZnO-Al，背电极6的厚度为100nm-500nm，该电极也可起到隔离层的作用；
步骤5：在背电极6上生长一层背反射器层7，所述的背反射器层7的材料为Ag或Al，厚度为10nm-300nm，完成制备。
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，所应理解的是，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内。

Claims (6)

1.一种半导体薄膜太阳能电池前后表面的混合陷光结构制备方法，包括以下步骤：
步骤1：在硅薄膜太阳能电池的上表面生长一层介质膜；
步骤2：在介质膜上生长一层金属纳米颗粒；
步骤3：在硅薄膜太阳能电池下表面刻蚀出二维纳米柱硅光栅结构；
步骤4：在二维纳米柱硅光栅结构上生长一层背电极；
步骤5：在背电极上生长一层背反射器层，完成制备。
2.根据权利要求1所述的半导体薄膜太阳能电池前后表面的混合陷光结构制备方法，其中所述的介质膜的材料为SiO2、Si3N4、TiO2或ITO，厚度为10nm-100nm。
3.根据权利要求1所述的半导体薄膜太阳能电池前后表面的混合陷光结构制备方法，其中所述的金属纳米颗粒的材料为Ag、Cu、Au或Al，直径为100nm-300nm，周期为100nm-600nm。
4.根据权利要求1所述的半导体薄膜太阳能电池前后表面的混合陷光结构制备方法，其中所述的二维纳米柱硅光栅结构的周期为600nm-1200nm，厚度为50nm-500nm。
5.根据权利要求1所述的半导体薄膜太阳能电池前后表面的混合陷光结构制备方法，其中所述的背电极的材料为ZnO-Al，厚度为100nm-500nm。
6.根据权利要求1所述的半导体薄膜太阳能电池前后表面的混合陷光结构制备方法，其中所述的背反射器层的材料为Ag或Al，厚度为10nm-300nm。
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