CN202042488U - 一种太阳能电池陷光结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种太阳能电池陷光结构，其特征在于包括：硅衬底层，所述硅衬底层上表面镀有一层ZnO薄膜，所述ZnO薄膜上生长有ZnO阵列，形成ZnO柱状结构。采用本实用新型上述的陷光结构，当同一束光照在太阳能电池片上时，可以通过ZnO柱状结构进行多次反射，将入射光线分散到各个角度，从而增加光在太阳能电池中的光程，提高光的吸收率，进一步提高太阳能电池的短路电流和转换效率。
Description
技术领域
本实用新型涉及太阳能电池技术领域，具体地说，涉及的是一种太阳能电池陷光结构。
背景技术
作为太阳能利用的重要组成部分，光伏发电是一种清洁的、用之不竭的可再生绿色新能源，收到越来越多的关注。近年来全球光伏产业发展速度迅猛，而我国光伏产业规模已经稳居全球第一。目前，晶体硅太阳能电池占光伏产业市场份额的主导，由于硅材料成本居高不下，提高太阳能电池对光的吸收效率以及太阳能电池的转换效率就变得十分重要。在太阳能电池结构中引入陷光结构可以提高太阳能电池对光的吸收，提高太阳能电池的转换效率。陷光结构通过发射、折射和散射，将入射光线分散到各个角度，从而增加光在太阳能电池中的光程，提高光的吸收率。大量的研究证明，在太阳能电池中引入陷光结构有利于提高太阳能电池的短路电流和转换效率。
晶体硅太阳能电池一般包含硅衬底，硅衬底上表面设置的扩散层，扩散层上设置的减反膜，减反膜上设置的前电极，以及硅衬底下表面设置的背电极。目前单晶硅太阳能电池片的规模化生产，一般都是利用碱溶液的各向异性腐蚀原理在太阳能电池表面形成绒面作为陷光结构：采用湿法刻蚀制作正向金字塔来实现陷光；陷光效果更佳的倒金字塔是通过高成本的光刻、激光等来实现的。如，吴江宏等人在《化工技术与开发》2010年8月第39卷第8期上发表的论文“单晶硅太阳电池表面绒面制备及其性质研究”，该文选择NaOH作为反应物、硅酸钠和异丙醇作为添加剂，通过实验对单晶硅表面织构化技术进行优化，制得的硅片样品绒面（金字塔结构）平均反射率为9.85%。
ZnO是一种新型的直接带隙宽禁带半导体材料，具有优异的光学和电学特性，具备了发射蓝光和近紫外光的优越条件。本实用新型利用ZnO的生产机理及其结构特性，提供一种太阳能电池陷光结构。
实用新型内容
本实用新型的目的在于解决现有技术中的上述不足，提供一种太阳能电池陷光结构，可以采用ZnO阵列制成柱状陷光结构，可以进一步的提高光的吸收率，提高太阳能电池的短路电流和转换效率。
为实现上述的目的，本实用新型所述的太阳能电池陷光结构，包括：硅衬底层，所述硅衬底层上表面镀有一层ZnO薄膜，所述ZnO薄膜上生长有ZnO阵列，形成ZnO柱状结构。
进一步的，所述ZnO柱状结构，为实心的六面的长柱体，柱的一端为平面，另一端为锥面，柱体的轴向方向为极轴c轴。
进一步的，所述ZnO柱状结构，为空心的六面的管状柱体，顶面为正六边形，柱体的轴向方向为极轴c轴。
进一步的，所述ZnO薄膜为纳米级ZnO薄膜。
进一步的，所述ZnO阵列为ZnO纳米阵列。
本实用新型上述的太阳能电池陷光结构，制备方法是：先在衬底上镀ZnO前驱薄膜，再用（水热法）在镀有前驱ZnO薄膜的衬底上生长出ZnO阵列，形成柱状ZnO结构。用这种方法生长出的ZnO阵列，通过控制水热生长条件，能够：(1)既可以生成正金字塔的结构，也可以生成倒金字塔的结构（通过延长时间）；(2)取向性好；(3)可以大面积生成；(4)对于激光和光刻生长的倒金字塔来说，成本较低。
氧化锌ZnO是一种重要的直接宽带隙半导体无机材料，具有六角形纤锌矿晶体结构，室温下的带隙宽度约为3.37eV，激子结合能高达60meV。
采用本实用新型上述的陷光结构，当同一束光照在太阳能电池片上时，可以通过ZnO柱状结构中进行多次反射，将入射光线分散到各个角度，从而增加光在太阳能电池中的光程，提高光的吸收率，进一步提高太阳能电池的短路电流和转换效率。
附图说明
图1为本实用新型一实施例中陷光结构的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型的技术方案作进一步的解释，但是以下的内容不用于限定本实用新型的保护范围。
如图1所示，本实施例提供的一种太阳能电池陷光结构，包括：硅衬底层1，所述硅衬底层1上表面设有一层ZnO薄膜2，所述ZnO薄膜2上生长有ZnO阵列，形成ZnO柱状结构3。
所述ZnO柱状结构3，为实心的六面的长柱体，柱的一端为平面，另一端为锥面，柱体的轴向方向为极轴c轴。
所述ZnO柱状结构3，为空心的六面的管状柱体，顶面为正六边形，柱体的轴向方向为极轴c轴。
所述ZnO薄膜2为纳米级ZnO薄膜。
本实施例上述结构的太阳能电池陷光结构，具体制备方法：①制备胶体：溶胶由二水合醋酸锌、乙二醇甲醚和作为稳定剂的单乙醇胺制得，其中Zn+的摩尔浓度为0.5mol.1-1，单乙醇胺和Zn+物质的量之比为1:1，混合溶液在60℃下搅拌8小时，澄清； ②采用提拉法制膜的方法在硅衬底上制备一层ZnO膜，经600℃退火2小时，获得先驱膜；③用Zn (Ac)2和NH3·H2O配置混合溶液并控制溶液的pH值在10. 3～11.5之间，再加入酒精制备成水热溶液：④将水热溶液倒入高压釜容器内，控制容器内填充度在50～85%之间，然后将第②步制备的先驱膜膜面向下浸没于该水热溶液中，之后密封好高压釜并将其放置于保温箱中，升温至150～230℃，保温0.5～72小时，保温结束后自然降温至室温，取出晶片，用去离子水对晶片表面进行清洗后在100～150℃下烘干。得到的ZnO阵列为规则的六角晶组成，具有较高的择优取向。ZnO阵列具有很强的紫外发射光谱。
采用上述水热法制备柱状和管状ZnO：(1) 在较高的温度（200 ℃)下生长的ZnO，由于结晶质点排斥外来杂质能力的增强，质量一般比在较低温度下生长的好；(2) 通过改变Zn(CH3COO)2浓度，可得到的不同粒径的ZnO，当Zn2+浓度为0.05 M时，ZnO的粒径在纳米量极；当Zn2+浓度增大10倍变为0.5 M时，粒经为1 μm－4 μm；(3) pH较小的情况下，ZnO 晶体的形貌为六面的长柱体，柱的一端为平面，另一端为锥面，柱体的轴向方向为极轴c轴，pH值增大到11.3的时候，没有柱状ZnO阵列的出现，前驱薄膜和衬底都被腐蚀了；(4) 随着填充度的不断增大，ZnO阵列薄膜和相应的ZnO粉末的径直比不断减小，结晶度也有明显的提高；(5) 在ZnO生长的初期(1h)，仅仅出现ZnO的晶核；当生长到12 h后，ZnO柱体变得高而瘦，螺旋式的向上生长，同时六角形变得更加明显；16 h后ZnO柱的顶面变平；水热时间再次延长的话，ZnO柱体开始变成管状结构，时间越长，中洞越大。所以，通过控制反应条件，得到ZnO阵列陷光结构既可以是金字塔结构，也可以是倒金字塔结构，成本比较低。
采用本实用新型上述的陷光结构，当同一束光照在太阳能电池片上时，可以通过ZnO柱状结构进行多次反射，通过金字塔或者倒金字塔结构将入射光线分散到各个角度，从而增加光在太阳能电池中的光程，提高光的吸收率，进一步提高太阳能电池的短路电流和转换效率。
以上仅仅是对本实用新型的较佳实施例进行的详细说明，但是本实用新型并不限于以上实施例。应该理解的是，在不脱离本申请的权利要求的精神和范围情况下，本领域的技术人员做出的各种修改，仍属于本实用新型的范围。
Claims (6)
1.一种太阳能电池陷光结构，其特征在于包括：硅衬底层，所述硅衬底层上表面镀有一层ZnO薄膜，所述ZnO薄膜上生长有ZnO阵列，形成ZnO柱状结构。
2.根据权利要求1所述的一种太阳能电池陷光结构，其特征在于：所述ZnO柱状结构，为实心的六面的长柱体，柱的一端为平面，另一端为锥面，柱体的轴向方向为极轴c轴。
3.根据权利要求1所述的一种太阳能电池陷光结构，其特征在于：所述ZnO柱状结构，为空心的六面的管状柱体，顶面为正六边形，柱体的轴向方向为极轴c轴。
4.根据权利要求1所述的一种太阳能电池陷光结构，其特征在于：所述ZnO薄膜为纳米级ZnO薄膜。
5.根据权利要求1所述的一种太阳能电池陷光结构，其特征在于：所述ZnO阵列为ZnO纳米阵列。
6.根据权利要求1所述的一种太阳能电池陷光结构，其特征在于：所述ZnO薄膜上生长有ZnO阵列，是通过水热法在镀有前驱ZnO薄膜的衬底上生长出ZnO阵列。
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