【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种表面凹陷纹理结构的硅基薄膜太阳能电池,属于太阳能电池领域,具体涉及光伏器件、微纳加工。
技术介绍
1、硅作为太阳能电池的主要材料,却具有36%的反射率,较高的反射率降低了电池对太阳光的利用率。为提高电池对光的吸收,陷光结构应运而生。传统制备陷光结构的技术包括表面制绒技术、反应离子刻蚀技术、光子晶体技术等,通过在电池表面形成纳米线,纳米球等纳米结构来增加入射光的散射,让更多的光耦合进电池,从而增加太阳能电池对入射光的吸收。太阳能电池表面的纳米结构可以减少太阳光的反射,增加入射光的光程,从而提高太阳能电池的光电转化效率和短路电流密度等光电性能。
2、对于硅基薄膜电池来讲,陷光是指让更多的入射光进入电池内部而被光响应层有效利用而转换成电子。陷光技术主要作用于三方面:第一,减少表面反射,让更多的光子进入太阳电池内的半导体光响应层;第二,增加内部吸收,其意义在于让进入电池的光子能够更加有效地被吸收,减少光子的逃逸;第三,光谱转化,旨在将半导体材料响应较差的光子转化成响应更好的光子,扩展吸收光谱宽度,提高全光谱的利用率。陷光技术不仅可以改善薄膜电池对全光谱光子的吸收率,提高光电转换效率,还可进一步地减小光伏器件中响应层厚度,为降低成本提供更多可能。郭小伟等人于2016年公开的一种陷光结构和其制作方法以及应用该结构的薄膜太阳能电池(中国专利:201510815200.7)提供一种具有二维直角四棱锥形陷光硅层的陷光结构和其制作方法以及应用该结构的薄膜太阳能电池,来增强宽光谱吸收效率;刘俊星等人于2023年公开的一种
3、本专利技术公开了一种表面凹陷纹理结构的硅基薄膜太阳能电池。该专利技术以纹理玻璃为衬底,将薄膜太阳能电池材料依次沉积在所述纹理玻璃底面构筑出一种表面凹陷纹理结构的硅基薄膜太阳能电池。与在先技术相比,表面陷光结构能够使入射光在其凹陷结构中多次反射,内部的纹理结构将进一步“捕获”入射光于有源层中,增加光有效吸收面积、优化光的散射提高电池对光的捕获能力,并增大载流子传输层面积、缩短电荷传输距离降低电荷复合率,从而提升整体的光电转换效率。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种表面凹陷纹理结构的硅基薄膜太阳能电池。
2、本专利技术的目的是这样实现的:
3、一种表面凹陷纹理结构的硅基薄膜太阳能电池,它由前电极层2、非晶硅层3、空穴传输层4、背电极层5依次沉积在制备好的纹理结构玻璃1的下表面组成。在受到太阳光6照射时,纹理结构玻璃1为较高的抗反射结构,减少入射光在电池表面的反射,让更多的太阳光耦合进电池从而提高太阳能电池的总体光吸收量,从而为活化层提供更多的入射光子,前电极层2为铟锡氧化物,作为电池的前触点收集电子。然后,非晶硅层3通过产生电子-空穴对来实现能量的转化,作为整个器件的主要光吸收层;空穴传输层4用以阻止电子的通过;背电极层5阻止未被充分利用的长波长的光透过电池,为增加太阳光的利用率,背反射层将溢出的光反射回非晶硅层3来增加太阳能电池的吸收。在此过程中,入射太阳光6先通过顶部的陷光结构发生散射,不再沿着原来与平面垂直的方向传播,光程被延长。然后接触到凹陷结构前电极层2,光线再次发生散射,光能通过折射被汇集到非晶硅层中,增强电池对入射光的光能吸收,从而提高短路电路,进一步提升电池的光电转换效率。
4、所述的纹理结构玻璃上表面凹陷结构的具体制备流程为:其一,采用标准清洗法步骤对实验玻璃基片进行彻底的清洗,去除玻璃表面的杂质,保证玻璃的高清洁度,放进干燥箱中备用;其二,由于铜或金与玻璃衬底间的结合力较差,先采用磁控溅射方法在清洁玻璃表面先溅射一层铬,再溅射一层铜或金,形成复合金属种子层结构;其三,旋涂光刻胶,涂胶完成后进行烘干处理,使胶膜硬化;其四,采用紫外光照射光刻胶,然后在显影液中显影,将掩模板上的图案转到衬底表面的光刻胶上,然后在烘箱中进行烘烤;其五,采用离子束刻蚀方法刻蚀种子层,接着将样品浸泡在丙酮中进行去胶处理;其六,采用氢氟酸溶液刻蚀带结构金属种子层掩膜的玻璃衬底;其七,将刻蚀后的玻璃基片浸没在硝酸铈铵和高氯刻蚀液中,直至将残留的金属种子层去除干净,得到一面有纹理结构的玻璃。所述纹理结构玻璃凹坑阵列尺寸为微纳米级别。
5、所述的纹理结构玻璃下表面凸包结构的具体制备流程为:以pdms为浇注材料,以上述凹坑阵列结构玻璃为模拟,通过浇注工艺,实现微纳结构的“复制”,形成表面凸包阵列的pdms胶模,并将其应用到硅薄膜太阳能电池上。具体步骤为:其一,制备好干净的微纳结构玻璃基片并清洁玻璃衬底;其二,制备结构玻璃模板;其三,浇铸pdms胶;其四,脱模,形成带结构的pdms胶。所述纹理结构玻璃凹坑阵列尺寸为微纳米级别。
6、所述硅基薄膜太阳能电池沉积在纹理玻璃的下表面的具体步骤为:其一,采用磁控溅射法,在纹理玻璃的下表面溅射前电极层;其二,采用电子束蒸发法,在电池前电极层上沉积电子传输层;其三,在透明电极上,沉积非晶硅薄膜形成非晶硅层;其四,采用电子束蒸发法,在非晶硅层上沉积空穴传输层;最后采用磁控溅射法,在空穴传输层上溅射背电极层。
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1.一种表面凹陷纹理结构的硅基薄膜太阳能电池,其特征是:包括纹理结构玻璃1,所述纹理结构玻璃1的上下表面均设有陷光结构,上下结构的参数相同,所述陷光结构的下表面依次沉积有前电极层2、非晶硅层3、空穴传输层4、背电极层5。
2.根据权利要求1所述的一种表面凹陷纹理结构的硅基薄膜太阳能电池,其特征是:所述纹理结构玻璃1采用熔融石英玻璃基板制备,所述陷光结构为周期排列的半球凹坑阵列。
3.根据权利要求1所述的一种表面凹陷纹理结构的硅基薄膜太阳能电池,其特征是:所述前电极层2的材料为氧化铟锡(ITO),是一种透明导电玻璃,具有良好的导电性和透明性,厚度为50-150nm;所述非晶硅层3的材料为a-Si,厚度为200-500nm;所述空穴传输层4的材料为氧化锌(ZnO),厚度为50-100nm;所述背电极层5的材料可以是金、银、铝中的一种,厚度为100-300nm。
4.根据权利要求2所述的半球凹坑阵列,其特征是:半径为0.2μm-0.4μm,其深度和直径的比值为0.5。
【技术特征摘要】
1.一种表面凹陷纹理结构的硅基薄膜太阳能电池,其特征是:包括纹理结构玻璃1,所述纹理结构玻璃1的上下表面均设有陷光结构,上下结构的参数相同,所述陷光结构的下表面依次沉积有前电极层2、非晶硅层3、空穴传输层4、背电极层5。
2.根据权利要求1所述的一种表面凹陷纹理结构的硅基薄膜太阳能电池,其特征是:所述纹理结构玻璃1采用熔融石英玻璃基板制备,所述陷光结构为周期排列的半球凹坑阵列。
3.根据权利要求1所述的一种表面凹陷纹理结构的硅基...
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