CN105097994A - 一种太阳能电池及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种制造太阳能电池的方法,包括:制备具有背面电极层和正面电极层的硅电池衬底;将氯金酸溶液与十六烷基三甲基溴化铵溶液混合,并加入硼氢化钠溶液,获得种子溶液;将十六烷基三甲基溴化铵和油酸钠加入纯水中形成混合溶液,并加入硝酸银溶液、氯金酸溶液、浓盐酸和抗坏血酸,获得生长溶液;将种子溶液加入生长溶液中,反应生长形成金纳米棒溶液;将金纳米棒溶液涂于硅电池衬底的正面电极层上,形成局域表面等离子体共振光吸收增强层。通过在PN硅正面电极层上沉积金纳米棒实现太阳能电池的局域表面等离子体共振增强吸收,使得制造出的太阳能电池具有两个吸收峰,提高了太阳能电池的转换效率。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域,尤其是涉及一种太阳能电池及其制造方法。
背景技术
晶体硅是当今半导体工业中应用最广泛的材料之一,因此硅太阳能电池的应用也十分广泛,制备硅太阳能电池的工艺也被人们广泛研究。但是,由于硅的反射率极高,使得硅太阳能电池的转换效率很低,一定程度上限制了硅太阳电池的商业化应用。
近年来,为了解决硅太阳能电池的低转换效率的问题,很多方法已被提出。提高太阳能电池转换效率的核心是制备减反射膜层或是制备局域表面等离子体共振光吸收增强层,经过大量研究,制备局域表面等离子体共振光吸收增强层能达到更好的效果。局域表面等离子体共振,使表面的局域电磁场被极大增强,表现出强烈的表面等离子体共振吸收。这能在一定程度上提高硅太阳能电池的转换效率,从而提高硅太阳能电池的应用。
现有技术中,通常使用在衬底上镀膜形成膜层然后在进行退火处理,从而获得局域表面等离子体共振光吸收增强层。但是,这种方法需要在衬底上镀一层极薄的金属膜,该金属膜通常为约10nm左右,经过退火处理后,形成直径30nm左右的球,从而构成所需的局域表面等离子体共振光吸收增强层。而球形纳米颗粒的吸收峰只有一个,在520nm左右,而且其吸收强度不高。即,这样制成的局域表面等离子体共振光吸收增强层只有一个在大约520nm左右的吸收峰,而且吸收强度较低。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种转换效率高、吸收强度高的太阳能电池及其制造方法。
本发明的目的之一是提供一种有两个吸收峰的太阳能电池及其制造方法。
本发明公开的技术方案包括:
提供了一种制造太阳能电池的方法,其特征在于,包括:制备硅电池衬底,所述硅电池衬底含有PN结;在所述硅电池衬底的两侧分别形成背面电极层和正面电极层;将氯金酸溶液与十六烷基三甲基溴化铵溶液、十六烷基三甲基氯化铵溶液或者聚乙烯吡咯烷酮溶液混合,并加入硼氢化钠溶液或者柠檬酸钠溶液,获得种子溶液;将十六烷基三甲基溴化铵加入纯水中形成混合溶液,并向所述混合溶液中加入硝酸银溶液、氯金酸溶液和抗坏血酸,获得生长溶液;将至少一部分所述种子溶液加入所述生长溶液中,反应第一时间,在所述生长溶液中生长形成金纳米棒,获得金纳米棒溶液,其中所述金纳米棒在至少一个方向上的尺寸大于在至少另一个方向上的尺寸;将所述金纳米棒溶液涂于所述硅电池衬底的所述正面电极层上,从而在所述正面电极层上形成局域表面等离子体共振光吸收增强层,其中所述局域表面等离子体共振光吸收增强层包括多个所述金纳米棒。
本发明的一个实施例中,在将至少一部分所述种子溶液加入所述生长溶液之前还包括:将所述种子溶液在室温下静置一段时间。
本发明的一个实施例中,在将十六烷基三甲基溴化铵加入纯水中后,还向所述纯水中加入油酸钠或者亚油酸钠,以形成所述混合溶液。
本发明的一个实施例中,在向所述混合溶液加入所述氯金酸溶液之后,还向所述混合溶液中加入浓盐酸。
本发明的一个实施例中,在所述生长溶液中,硝酸银的浓度为4毫摩尔/升。
本发明的一个实施例中,还包括:将硼氢化钠溶于冰水中,获得所述硼氢化钠溶液。
本发明的一个实施例中,所述纯水的温度为40至60摄氏度。
本发明的一个实施例中,所述金纳米棒的长度为80至130纳米,直径为16至25纳米。
本发明的实施例中还提供了一种太阳能电池,其特征在于,包括:硅电池衬底,所述硅电池衬底中含有PN结;背面电极层,所述背面电极层形成在所述硅电池衬底的一侧上;正面电极层,所述正面电极层形成在所述硅电池衬底的与所述背面电极层相反的另一侧上;局域表面等离子体共振光吸收增强层,所述局域表面等离子体共振光吸收增强层形成在所述正面电极层上,并且包含多个金纳米棒,其中所述金纳米棒在至少一个方向上的尺寸大于在至少另一个方向上的尺寸。
本发明的一个实施例中,所述金纳米棒的长度为80至130纳米,直径为16至25纳米。
根据本发明的实施例提供的方法制造的金纳米棒具有长径比大、纵向吸收峰位于近红外波段、吸收峰波段宽等特点。通过在PN硅正面电极层上沉积金纳米棒实现太阳能电池的局域表面等离子体共振增强吸收,使得制造出的太阳能电池具有两个吸收峰,提高了太阳能电池的转换效率。而且,本发明实施例提供的方法工艺简单、可重复性高。
附图说明
图1是本发明一个实施例的制造太阳能电池的方法的流程示意图。
图2是本发明一个实施例的太阳能电池的侧视示意图。
图3是本发明一个实施例的太阳能电池的俯视示意图。
具体实施方式
下面将结合附图详细说明本发明的实施例的制造太阳能电池的方法的具体步骤以及其制造的太阳能电池的结构。
图1为本发明一个实施例的一种制造太阳能电池的方法的流程示意图。
如图1所示,本实施例中,在步骤10中,可以制备含有PN结的硅电池衬底。该硅电池衬底作为欲制造的太阳能电池的衬底元件。
本发明的实施例中,可以使用任何适合的方法制造该硅电池衬底。例如,一个实施例中,可以将清洗、制绒后的硅片放入管式扩散炉中的石英容器内,然后在850-900℃高温下使用氮气将三氯氧磷带入石英容器,通过三氯氧磷和硅片进行反应得到磷原子,向硅片内部进行扩散,然后将扩散后的硅片去除磷硅玻璃并刻蚀掉周边的掺杂硅,以去除电池边缘的PN结,这样,即可获得含PN结的硅电池衬底。
本发明的一个实施例中,用来制造硅电池衬底的硅片可以是P型硅。
制备了硅电池衬底之后,在步骤12中,可以在硅电池衬底的两侧分别形成背面电极层和正面电极层。
本发明的实施例中,可以使用任何适合的方法在硅电池衬底的两侧形成背面电极层和正面电极层。例如,一个实施例中,可以用丝网印刷将预定的背面电极图形和正面电极图形分别印刷在硅电池衬底的两侧,然后快速烧结,从而在硅电池衬底的两侧分别形成背面电极层和正面电极层。
本发明的一个实施例中,这里的背面电极层可以用银铝浆或铝浆印刷形成,背面电极层的厚度可为150nm(纳米)至200nm。正面电极层可以用银浆印刷形成,正面电极层的厚度可为150nm左右。
本发明的一个实施例中,这里的快速烧结可以分为预烧结、烧结、降温冷却三个阶段。烧结过程温度可以在850℃左右。
本发明的实施例中,在形成了包含正面电极层和背面电极层的硅电池衬底之后,还在正面电极层上形成局域表面等离子体共振光吸收增强层。与现有的在衬底上镀膜形成膜层然后进行退火处理从而形成局域表面等离子体共振光吸收增强层的方法不同,本发明的实施例中,单独地、与硅电池衬底分离地形成需要的纳米颗粒(例如,下文所述的金纳米棒),然后将该纳米颗粒结合到硅电池衬底上形成局域表面等离子体共振光吸收增强层,下面结合步骤14、16、18说明根据本发明的实施例的形成纳米颗粒的步骤。然而,本领域技术人员容易理解,形成纳米颗粒的步骤14、16、18与制备包含正面电极层和背面电极层的硅电池衬底的步骤10、12的顺序没有限制,可以先形成纳米颗粒(即先执行步骤14、16、18),再制备硅电池衬底(即后执行步骤10、12),也可以反之,或者二者也可以同时进行。
在步骤14中,可以制备种子溶液。
本发明的一个实施例中,可以将氯金酸(HAuCl4)溶液与特定的表面活性剂溶液混合,并加入还原剂溶液,硼氢化钠(NaBH4)溶液,从而获得种子溶液。一个实施例中,这里的表面活性剂可以为十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、十六烷基三甲基氯化铵(CTAC)溶液或者聚乙烯吡咯烷酮(PVP)等等;这里的还原剂可以为硼氢化钠或者柠檬酸钠等等。
本发明的实施例中,硼氢化钠或者柠檬酸钠加入氯金酸(HAuCl4)溶液与CTAB溶液、CTAC溶液或者PVP溶液的混合溶液中之后,CTAB、CTAC或者PVP作为稳定剂和表面活性剂,硼氢化钠或者柠檬酸钠作为还原剂,还原混合溶液中的三价金离子(Au3+)还原成为金(Au),形成金球,并且形成CTAB、CTAC或者PVP包覆金球的微观结构。被CTAB、CTAC或者PVP包覆的这些金球将作为后续步骤中生长金纳米棒的种子。
一个实施例中,CTAB溶液可以是将CTAB溶于水形成的溶液。CTAB溶液配置后,可以将其在30℃至50℃的温度下用超声波进行超声处理,直到CTAB全部溶解。
一个实施例中,由于硼氢化钠化学性质很活泼,因此硼氢化钠溶液可以通过将硼氢化钠溶于冰水中而获得。即,在制备硼氢化钠溶液时,使用冰水制备硼氢化钠溶液,从而降低溶液的温度,防止硼氢化钠水解。同样,由于硼氢化钠化学性质很活泼,因此,通常,硼氢化钠溶液现配现用。例如,一个实施例中,获得硼氢化钠溶液之后,在两分钟内即将该硼氢化钠溶液加入前述的氯金酸溶液与十六烷基三甲基溴化铵溶液的混合溶液中,从而获得前述的种子溶液。
一个实施例中,在将硼氢化钠溶液或者柠檬酸钠溶液加入氯金酸溶液与十六烷基三甲基溴化铵溶液、十六烷基三甲基氯化铵溶液或者聚乙烯吡咯烷酮溶液的混合溶液中之后,可以快速搅拌2分钟,从而获得种子溶液。这里,一个实施例中,搅拌速度可以为1200rpm。
本发明的一些实施例中,在获得了种子溶液之后,在使用种子溶液之前,可以将该种子溶液在室温下静置一段时间。即,种子溶液制备之后,静置一段时间再使用,这样,使得种子溶液中的金离子被充分还原,从而全部被还原成金。例如,一个实施例中,种子溶液静置的时间可以为30分钟至2小时。
在步骤16中,可以制备生长溶液。
本发明的一些实施例中,可以将十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)加入纯水中形成混合溶液,然后依次向该混合溶液中加入硝酸银(AgNO3)溶液、氯金酸(HAuCl4)溶液和抗坏血酸(AA),从而获得生长溶液。
在该生长溶液中,CTAB作为稳定剂,AA作为弱还原剂,将氯金酸溶液提供的三价金离子(Au3+)还原成一价金离子(Au+)。
本发明的一些实施例中,在制备生长溶液时,在将CTAB加入纯水中后,还向该纯水中加入油酸钠(NaOL)或者亚油酸钠,以形成前述的混合溶液。这样的实施例中,除了CTAB作为稳定剂之外,还有油酸钠或者亚油酸钠也作为稳定剂。即,这些实施例中,使用了两种稳定剂,从而使得在后续步骤中生成的金纳米棒更加稳定。
本发明的一些实施例中,在制备生长溶液时,在向混合溶液中加入氯金酸溶液之后,还可以向该混合溶液中加入浓盐酸。该浓盐酸可以调节混合溶液(即生长溶液)的PH值。通过调节生长溶液的PH值,可以影响或者调节后续步骤中生成的金纳米棒的长径比。
例如,一个实施例中,制备生长溶液时,可以将CTAB与NaOL同时加入纯水中时,纯水的温度可以为50℃左右。一些实施例中,可将CTAB和NaOL的混合溶液在50℃左右用超声波进行超声处理直到CTAB与NaOL全部溶解。然后,向混合溶液中加入AgNO3溶液和HAuCl4溶液。
一些实施例中,当向CTAB和NaOL的混合溶液中加入HAuCl4溶液后,可以将加入HAuCl4溶液后的混合溶液在30℃水浴锅中静置15分钟,再搅拌90分钟,搅拌速度可以为700rpm。
然后,向获得的混合溶液中加入HCL调节混合溶液的PH值,使混合溶液的PH值为中性偏酸性。加入HCL之后,可以将混合溶液再搅拌15分钟,搅拌速度可以为400rpm。
最后,向混合溶液中加入AA。加入AA后,将混合溶液大力搅拌30秒,搅拌速度可以为800rpm。
通常上述步骤,即可获得所需要的生长溶液。
获得了种子溶液和生长溶液之后,在步骤18中,可以将至少一部分种子溶液加入生长溶液中,反应第一时间(例如,12至24小时)。此时,生长溶液中的Au+在CTAB和油酸钠中通过电场相互作用扩散到CTAB包覆的金球种子上,由于CTAB对不同晶面的附着程度不同,选择性附着到110晶面上,因此破坏了球形金球颗粒的对称性。硝酸银中的Ag+沉积到110晶面上的速度要大于沉积到100晶面的速度,造成了纳米颗粒沿着110方向生长的速度大于沿100方向生长的速度,Ag+沉积到两端的100晶面阻止了纳米颗粒的生长,这样,最终将形成金纳米棒的结构。因此,种子溶液加入生长溶液后,将在该生长溶液中生长形成多个金纳米棒,从而获得金纳米棒溶液,并且,通过前述可知,这些金纳米棒在至少一个方向上的尺寸大于在至少另一个方向上的尺寸。即,通常,本发明实施例中,生成的金纳米棒不是球形的,而是长条状的棒形的。
例如,一个实施例中,可以将一定量的种子溶液加入到生长溶液中,搅拌30秒,搅拌速度可以为800rpm。然后在30℃水浴锅中静置12小时生长金纳米棒。
本发明的一个实施例中,根据前述的步骤获得的金纳米棒的长度可以为80至130纳米,直径为16至25纳米。
由前述可知,在生长形成金纳米棒的过程中,生长溶液中的AgNO3溶液提供的银离子(Ag+)将影响金纳米棒的生长。申请人通过大量实验发现,生长溶液中的AgNO3的量可以影响生成的金纳米棒的长径比。生长溶液中AgNO3的量越大,生长形成的金纳米棒的长径比越大。申请人发现,生长溶液中的AgNO3的较佳浓度可以为4mM(毫摩尔/升)。在这种情况下,最终生成的金纳米棒以及因此形成的局域表面等离子体共振光吸收增强层(下文详述)具有较佳的吸收效果。
在通过步骤10、12获得了具有背面电极层和正面电极层的硅电池衬底以及通过步骤14、16、18获得了金纳米棒溶液之后,在步骤20中,可以将金纳米棒溶液涂于前述的硅电池衬底的正面电极层上,从而在该正面电极层上形成所需要的局域表面等离子体共振光吸收增强层。容易理解,该局域表面等离子体共振光吸收增强层中包含很多前述的金纳米棒。
例如,一个实施例中,可以取上述金纳米棒溶液上层清液30mL于离心管中,在转速为7000rpm离心机中离心30min,移除上层液体,加入5mL异丙醇在超声波中超声直到纳米颗粒全部溶解,再旋涂于前述硅电池衬底的正面电极层表面。这样,前述的金纳米棒即在正面电极层表面形成了所需要的局域表面等离子体共振光吸收增强层。
根据前述的步骤形成的金纳米棒平均长度为80~130nm,平均直径为16~25nm。该金纳米棒的紫外可见光谱中,横向吸收峰位于510~540nm左右,纵向吸收峰位于700~900nm左右。因此,根据前述步骤制造的具有由前述的金纳米棒形成的局域表面等离子体共振光吸收增强层的太阳能电池也将具有两个吸收峰,并且吸收强度高。
经实验发现,根据前述方法制造出的基于局域表面等离子体共振的太阳能电池与传统的太阳能电池相比,转换效率提高了4%至7%。
图2为本发明一个实施例的太阳能电池的侧视示意图,图3为本发明一个实施例的太阳能电池的俯视示意图。
如图2和3所示,本发明一些实施例中,太阳能电池包括含有PN结的硅电池衬底1、背面电极层2、正面电极层3和局域表面等离子体共振光吸收增强层4。背面电极层2形成在硅电池衬底1的一侧上,而正面电极层形成在硅电池衬底1的与背面电极层2相反的另一侧上。局域表面等离子体共振光吸收增强层4形成在正面电极层3上,并且其中包含多个金纳米棒40。这些金纳米棒在至少一个方向上的尺寸大于在至少另一个方向上的尺寸。
本发明的一个实施例中,这些金纳米棒的长度可以为80至130纳米,直径可以为16-25纳米。
下面详细说明本发明实施例的两个实例。
实例1:
将P型硅片采用标准RCA法清洗之后,用氮气吹干,放入管式扩散炉中的石英容器内,将温度升高至850℃,通入携带三氯氧磷的氮气,时间10min左右,停止通入氮气,扩散30min。将扩散后的硅片去除磷硅玻璃并刻蚀掉周边的掺杂硅,形成PN硅电池衬底。在此衬底背面丝网印刷200nm铝浆,正面丝网印刷150nm银浆,将此样品烘干放入500℃烧结炉中预烧结8s(秒),升高温度至850℃烧结2s,快速降温至500℃以下冷却。
制备局域表面等离子体共振光吸收增强层:
种子溶液:配5mL,0.2M(摩尔/升)CTAB溶液,放入30℃超声波中超声溶解,配5mL,0.5mMHAuCL4加入CTAB中,配0.6mL,0.01MNaBH4溶液用水稀释至1mL,快速加入上述溶液中,用磁力搅拌器在1200rpm下搅拌2min,使用前,在室温下静置30min。
生长溶液:取7gCTAB和1.234gNaOL加入50℃去离子水中,在50℃超声波中超声溶解,配18mL,4mMAgNO3加入上述溶液,配250mL,1mMHAuCL4加入上述溶液,将混合溶液在30℃水浴锅中静置15min,然后用磁力搅拌器在700rpm下搅拌90min,向混合溶液中加入1.5mLHCL(37wt%)调节PH值,再在400rpm下搅拌15min,最后将1.25mL,0.064M抗坏血酸(AA)加入到混合溶液中,大力(800rpm)搅拌30s。
生长金纳米棒:取0.4mL种子溶液加入生长溶液中,在800rpm下搅拌30s,在30℃水浴锅中静置12h生长金纳米棒。
取上述金纳米棒溶液上层清液30mL于离心管中,在转速为7000rpm离心机中离心30min,移除上层液体,加入5mL异丙醇在超声波中超声直到纳米颗粒全部溶解,测试金纳米棒平均长度大约为90nm,直径大约为24nm。再将溶液旋涂于上述PN硅电池衬底的正面电极表面,获得了基于局域表面等离子体共振的太阳能电池。
实例2:
将P型硅片采用标准RCA法清洗之后,用氮气吹干,放入管式扩散炉中的石英容器内,将温度升高至850℃,通入携带三氯氧磷的氮气,时间10min左右,停止通入氮气,扩散30min。将扩散后的硅片去除磷硅玻璃并刻蚀掉周边的掺杂硅,形成PN硅电池衬底。在此衬底背面丝网印刷200nm铝浆,正面丝网印刷150nm银浆,将此样品烘干放入500℃烧结炉中预烧结8s,升高温度至850℃烧结2s,快速降温至500℃以下冷却。
制备局域表面等离子体共振光吸收增强层:
种子溶液:配5mL,0.2MCTAB溶液,放入30℃超声波中超声溶解,配5mL,0.5mMHAuCL4加入CTAB中,配0.6mL,0.01MNaBH4溶液用水稀释至1mL,快速加入上述溶液中,用磁力搅拌器在1200rpm下搅拌2min,使用前,在室温下静置30min。
生长溶液:取7gCTAB和1.234gNaOL加入50℃去离子水中,在50℃超声波中超声溶解,配24mL,4mMAgNO3加入上述溶液,配250mL,1mMHAuCL4加入上述溶液,将混合溶液在30℃水浴锅中静置15min,然后用磁力搅拌器在700rpm下搅拌90min,向混合溶液中加入1.5mLHCL(37wt%)调节PH值,再在400rpm下搅拌15min,最后将1.25mL,0.064M抗坏血酸(AA)加入到混合溶液中,大力(800rpm)搅拌30s。
生长金纳米棒:取0.4mL种子溶液加入生长溶液中,在800rpm下搅拌30s,在30℃水浴锅中静置12h生长金纳米棒。
取上述金纳米棒溶液上层清液30mL于离心管中,在转速为7000rpm离心机中离心30min,移除上层液体,加入5mL异丙醇在超声波中超声直到纳米颗粒全部溶解,测试金纳米棒平均长度大约为111nm,直径大约为21nm。再将溶液旋涂于上述PN硅电池衬底的正面电极表面,获得了基于局域表面等离子体共振的太阳能电池。
本实例与实例1的不同之处在于加入的AgNO3的量不同,随AgNO3的增多,金纳米棒长径比更大。
根据本发明的实施例提供的方法制造的金纳米棒具有长径比大、纵向吸收峰位于近红外波段、吸收峰波段宽等特点。通过在PN硅正面电极层上沉积金纳米棒实现太阳能电池的局域表面等离子体共振增强吸收,使得制造出的太阳能电池具有两个吸收峰,提高了太阳能电池的转换效率。而且,本发明实施例提供的方法工艺简单、可重复性高。
以上通过具体的实施例对本发明进行了说明,但本发明并不限于这些具体的实施例。本领域技术人员应该明白,还可以对本发明做各种修改、等同替换、变化等等,这些变换只要未背离本发明的精神,都应在本发明的保护范围之内。此外,以上多处所述的“一个实施例”表示不同的实施例,当然也可以将其全部或部分结合在一个实施例中。
Claims (10)
1.一种制造太阳能电池的方法,其特征在于,包括:
制备硅电池衬底,所述硅电池衬底含有PN结;
在所述硅电池衬底的两侧分别形成背面电极层和正面电极层;
将氯金酸溶液与十六烷基三甲基溴化铵溶液、十六烷基三甲基氯化铵溶液或者聚乙烯吡咯烷酮溶液混合,并加入硼氢化钠溶液或者柠檬酸钠溶液,获得种子溶液;
将十六烷基三甲基溴化铵加入纯水中形成混合溶液,并向所述混合溶液中加入硝酸银溶液、氯金酸溶液和抗坏血酸,获得生长溶液;
将至少一部分所述种子溶液加入所述生长溶液中,反应第一时间,在所述生长溶液中生长形成金纳米棒,获得金纳米棒溶液,其中所述金纳米棒在至少一个方向上的尺寸大于在至少另一个方向上的尺寸;
将所述金纳米棒溶液涂于所述硅电池衬底的所述正面电极层上,从而在所述正面电极层上形成局域表面等离子体共振光吸收增强层,其中所述局域表面等离子体共振光吸收增强层包括多个所述金纳米棒。
2.如权利要求1所述的方法,其特征在于,在将至少一部分所述种子溶液加入所述生长溶液之前还包括:将所述种子溶液在室温下静置一段时间。
3.如权利要求1或者2所述的方法,其特征在于:在将十六烷基三甲基溴化铵加入纯水中后,还向所述纯水中加入油酸钠或者亚油酸钠,以形成所述混合溶液。
4.如权利要求1或者2所述的方法,其特征在于:在向所述混合溶液加入所述氯金酸溶液之后,还向所述混合溶液中加入浓盐酸。
5.如权利要求1至4中任意一项所述的方法,其特征在于:在所述生长溶液中,硝酸银的浓度为4毫摩尔/升。
6.如权利要求1至4中任意一项所述的方法,其特征在于,还包括:将硼氢化钠溶于冰水中,获得所述硼氢化钠溶液。
7.如权利要求1所述的方法,其特征在于:所述纯水的温度为40至60摄氏度。
8.如权利要求1至6中任意一项所述的方法,其特征在于:所述金纳米棒的长度为80至130纳米,直径为16至25纳米。
9.一种太阳能电池,其特征在于,包括:
硅电池衬底,所述硅电池衬底中含有PN结;
背面电极层,所述背面电极层形成在所述硅电池衬底的一侧上;
正面电极层,所述正面电极层形成在所述硅电池衬底的与所述背面电极层相反的另一侧上;
局域表面等离子体共振光吸收增强层,所述局域表面等离子体共振光吸收增强层形成在所述正面电极层上,并且包含多个金纳米棒,其中所述金纳米棒在至少一个方向上的尺寸大于在至少另一个方向上的尺寸。
10.如权利要求9所述的太阳能电池,其特征在于:所述金纳米棒的长度为80至130纳米,直径为16至25纳米。
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Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105810833A (zh) * | 2016-03-24 | 2016-07-27 | 浙江零维光伏科技有限公司 | 一种有机薄膜太阳能电池前电极的制备方法 |
CN105977384A (zh) * | 2016-05-24 | 2016-09-28 | 吉林大学 | 一种基于等离子体背散射效应提高能量转换效率的聚合物太阳能电池及其制备方法 |
CN108987580A (zh) * | 2018-07-18 | 2018-12-11 | 福州大学 | 双重等离子体增强的有机光伏电池及其制备方法 |
CN110211868A (zh) * | 2019-05-23 | 2019-09-06 | 桂林理工大学 | 一种制备金-硒化银-磷酸铅异质结纳米薄膜的方法 |
CN110646406A (zh) * | 2019-11-11 | 2020-01-03 | 福建师范大学 | 一种基于表面增强拉曼技术检测血清中色氨酸的方法 |
CN110993731A (zh) * | 2019-11-27 | 2020-04-10 | 上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司 | 基于氧化物/金纳米棒/硅的可见-短波红外光探测基底的制备方法 |
CN118143278A (zh) * | 2024-05-11 | 2024-06-07 | 长春黄金研究院有限公司 | 高分散亚微米银粉及其制备方法 |
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Cited By (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105810833A (zh) * | 2016-03-24 | 2016-07-27 | 浙江零维光伏科技有限公司 | 一种有机薄膜太阳能电池前电极的制备方法 |
CN105810833B (zh) * | 2016-03-24 | 2018-08-17 | 山西阳泰龙焱能源科技有限公司 | 一种有机薄膜太阳能电池前电极的制备方法 |
CN105977384A (zh) * | 2016-05-24 | 2016-09-28 | 吉林大学 | 一种基于等离子体背散射效应提高能量转换效率的聚合物太阳能电池及其制备方法 |
CN108987580A (zh) * | 2018-07-18 | 2018-12-11 | 福州大学 | 双重等离子体增强的有机光伏电池及其制备方法 |
CN108987580B (zh) * | 2018-07-18 | 2020-05-08 | 福州大学 | 双重等离子体增强的有机光伏电池及其制备方法 |
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