CN104051553A - 高吸收率太阳能薄膜 - Google Patents

Abstract

一种高吸收率太阳能薄膜，包括薄膜衬底和高吸收率太阳能薄膜的多层膜(100)，所述的高吸收率太阳能薄膜包括四种膜层:AlN膜层、Si膜层、HfO2膜层和SiO2膜层共34层。实验表明，本发明高吸收率太阳能薄膜在正入射条件下实现了可见光波段吸收率大于94％，红外波段的发射率小于10％，该薄膜在太阳能电池系统中具有重要的实用前景。

Description

高吸收率太阳能薄膜

技术领域

本发明涉及太阳能，特别是一种高吸收率太阳能薄膜。

背景技术

太阳能作为清洁能源已经从军事领域、航天领域进入工业、商业、农业、通信、家用电器以及公用设施等领域。根据所用的材料，太阳能电池可分为：硅太阳能电池、多元化合物薄膜太阳能电池、聚合物多层修饰电极型太阳能电池、纳米晶太阳能电池、有机太阳能电池、塑料太阳能电池。通常情况下，太阳能电池包括导电层、缓冲层、吸收层、导电层及减反射层等组成。硅基太阳能包括单晶(参见CN103227238A，CN20355965A，CN202977492U，CN103107233A，CN103000718A)、多晶(参见CN103383970A，CN202977431A)及非晶(参见CN202651133U，CN203026541U，CN102983204A)材料，多元化合物薄膜包含碲化镉(参见CN201503863U，CN103681932A)，Cu2ZnSnS4(CN103715282A),铜铟锡层(参见CN203503667U，CN103531663A)，CZTSSe(参见CN103403851A)等，提高吸收层的吸收效率则可以提高太阳能电池的效率。

发明内容

本发明要解决的技术问题提供一种高吸收率太阳能薄膜，该太阳能薄膜可见光波段吸收率大于94％，红外波段的发射率小于10％。

本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种高吸收率太阳能薄膜，其特点在于包括薄膜衬底和高吸收率太阳能薄膜的多层膜，所述的高吸收率太阳能薄膜的多层膜包括四种膜层:AlN膜层、Si膜层、HfO₂膜层和SiO₂膜层共34层，在所述的薄膜衬底上依次的膜系结构为：

膜层	材料	厚度(nm)	膜层	材料	厚度(nm)
						1	AlN	1638.9	21	AlN	59.2
2	Si	1239.9	22	Si	1561.8
						3	AlN	146.8	23	AlN	21.7
4	Si	153.5	24	Si	1557.2

5	AlN	237.1	25	AlN	50.1
						6	Si	125.9	26	Si	745.4
7	AlN	167.8	27	AlN	371.4
						8	Si	101.1	28	Si	11532.5
9	AlN	92.8	29	HfO2	14.4
						10	Si	121.7	30	Si	16.3
11	AlN	166.4	31	AlN	32.1
						12	Si	141.5	32	Si	4.5
13	AlN	228.4	33	HfO2	45.0
						14	Si	152.7	34	SiO2	85.0
15	AlN	149.0	35
						16	Si	906.6	36
17	AlN	82.9	37
						18	Si	203.5	38
19	AlN	89.8	39
						20	Si	562.2	40

太阳光的吸收率和红外区域发射率可以分别表示为，

$\frac{\underset{2480}{\overset{35720}{\∫}}\frac{\mathrm{Abs}\left(\mathrm{\σ}\right)\mathrm{ASTM}173\left(\mathrm{\σ}\right)\mathrm{d\σ}}{{\mathrm{\σ}}^2}}{\underset{2480}{\overset{35720}{\∫}}\frac{\mathrm{ASTN}173\left(\mathrm{\σ}\right)\mathrm{d\σ}}{{\mathrm{\σ}}^2}},$

$\frac{\underset{400}{\overset{35720}{\∫}}\frac{\mathrm{Abs}\left(\mathrm{\σ}\right)\mathrm{BB}450C\left(\mathrm{\σ}\right)\mathrm{d\σ}}{{\mathrm{\σ}}^2}}{\underset{400}{\overset{35720}{\∫}}\frac{\mathrm{BB}450C\left(\mathrm{\σ}\right)\mathrm{d\σ}}{{\mathrm{\σ}}^2}},$

其中，ASTM173(σ)和BB450C(σ)分别为归一化的太阳吸收光谱和450℃归一化的黑体辐射谱。依据上述公式，可以计算出太阳能薄膜对于太阳光的吸收率及红外区域发射率。

本发明中高吸收太阳能薄膜采用AlN、Si、HfO₂和SiO₂四种薄膜材料，可以实现可见光区域高吸收及红外区域的低发射，对太阳光的吸收率为94％，红外发射率低于10％。

附图说明

图1为本发明高吸收率太阳能薄膜的结构示意图。

图中：

100为高吸收率太阳能薄膜的多层膜，200为基片；1-AlN膜层，2-Si膜层，3-HfO₂膜层，4-SiO₂膜层。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步的说明。

如图1所示，本发明高吸收率太阳能薄膜，包括薄膜衬底200、高吸收率太阳能薄膜的多层膜100，所述的高吸收率太阳能薄膜的多层膜100包括四种膜层材料，AlN膜层-3、Si膜层-2，HfO₂膜层-3和SiO₂膜层-4。所述的薄膜衬底基片为薄膜太阳能电池领域通用材料。在所述的薄膜衬底200上依次的膜系结构为：

膜层	材料	厚度(nm)	膜层	材料	厚度(nm)
						1	AlN	1638.9	21	AlN	59.2
2	Si	1239.9	22	Si	1561.8
						3	AlN	146.8	23	AlN	21.7
4	Si	153.5	24	Si	1557.2
						5	AlN	237.1	25	AlN	50.1
6	Si	125.9	26	Si	745.4
						7	AlN	167.8	27	AlN	371.4
8	Si	101.1	28	Si	11532.5
						9	AlN	92.8	29	HfO2	14.4
10	Si	121.7	30	Si	16.3
						11	AlN	166.4	31	AlN	32.1
12	Si	141.5	32	Si	4.5
						13	AlN	228.4	33	HfO2	45.0
14	Si	152.7	34	SiO2	85.0
						15	AlN	149.0	35
16	Si	906.6	36
						17	AlN	82.9	37
18	Si	203.5	38
						19	AlN	89.8	39
20	Si	562.2	40

所述的高吸收率太阳能薄膜通过以下方法制备；

高吸收率太阳能薄膜的多层膜100通过物理气相沉积方法镀制在薄膜衬底200上，镀膜采用通用技术，具体工艺不受限制，可以在本发明范围内进行调整。优选的方法包括磁控溅射及离子束溅射等薄膜沉积方式。

实验表明，本发明提出的高吸收率太阳能薄膜设计方法是切实有效可行的，在正入射条件下实现了可见光波段吸收率大于94％，红外波段的发射率小于10％，该薄膜在太阳能电池系统中具有重要的实用前景。

Claims (1)

1.一种高吸收率太阳能薄膜，其特征在于包括薄膜衬底(200)和高吸收率太阳能薄膜的多层膜(100)，所述的高吸收率太阳能薄膜的多层膜(100)包括四种膜层:AlN膜层(3)、Si膜层(2)、HfO₂膜层(3)和SiO₂膜层(4)共34层，在所述的薄膜衬底(200)上依次的膜系结构为：

膜层 材料 厚度(nm) 膜层 材料 厚度(nm) 1 AlN 1638.9 21 AlN 59.2 2 Si 1239.9 22 Si 1561.8 3 AlN 146.8 23 AlN 21.7 4 Si 153.5 24 Si 1557.2 5 AlN 237.1 25 AlN 50.1 6 Si 125.9 26 Si 745.4 7 AlN 167.8 27 AlN 371.4 8 Si 101.1 28 Si 11532.5 9 AlN 92.8 29 HfO2 14.4 10 Si 121.7 30 Si 16.3 11 AlN 166.4 31 AlN 32.1 12 Si 141.5 32 Si 4.5 13 AlN 228.4 33 HfO2 45.0 14 Si 152.7 34 SiO2 85.0 15 AlN 149.0 35 16 Si 906.6 36 17 AlN 82.9 37 18 Si 203.5 38 19 AlN 89.8 39 20 Si 562.2 40