專利名稱：一種用于薄膜太陽能電池的多層背反射鏡結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及太陽能電池的設(shè)計(jì)，特別涉及薄膜太陽能電池的多層光學(xué)反射鏡結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
在薄膜太陽能電池，尤其是硅基(非晶硅、微晶硅、納米硅、非晶硅鍺等)太陽能電池中，均采用背反射鏡結(jié)構(gòu)增強(qiáng)光發(fā)射，使得更多的光子流被電池的有源層吸收，從而提高太陽能電池的短路電流。目前最常用的背反射鏡結(jié)構(gòu)為Ag/ZnO或Al/SiO。著眼于光子流的更高效利用，國際上研究者們提出在電池背面構(gòu)筑光子晶體衍射光柵、多層周期性反射結(jié)構(gòu)的設(shè)想，以進(jìn)一步提高太陽能電池的短路電流和光電轉(zhuǎn)換效率。多層周期性背反射鏡由高、低折射率材料交替組成，常應(yīng)用于垂直腔面發(fā)射激光器、垂直腔光電探測器等領(lǐng)域。應(yīng)用于太陽能電池的結(jié)構(gòu)，目前沒有發(fā)現(xiàn)同本發(fā)明類似技術(shù)的說明或報(bào)道，也尚未收集到國內(nèi)外類似的資料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于著眼于光子流的更高效利用，提供一種高反射率的多層背反射鏡結(jié)構(gòu)，以提高薄膜太陽能電池的短路電流。構(gòu)成背反射鏡的薄膜材料可以采用電子束蒸發(fā)、磁控濺射、真空熱蒸發(fā)技術(shù)來制備，工藝簡單。本發(fā)明提供的技術(shù)方案如下一種用于薄膜太陽能電池的多層背反射鏡結(jié)構(gòu)，包括膜(11)和周期性結(jié)構(gòu)(14)； 所述的膜(11)是Ag膜或Al膜；所述的周期性結(jié)構(gòu)(14)，由氧化物導(dǎo)電膜(12)和超薄膜 (13)膜組成的雙層結(jié)構(gòu)，和一層氧化物導(dǎo)電膜(17)組成；所述的雙層結(jié)構(gòu)可以重復(fù)1-5次。所述的Ag膜或Al膜，厚度為200-1000nm，可用電子束蒸發(fā)、磁控濺射、或真空熱蒸發(fā)方法之一制備。所述的氧化物導(dǎo)電膜，可選自ΙΤ0、Sn02:F, &ι0:Α1或中的一種作為原材料，厚度為100-500nm。所述的氧化物導(dǎo)電膜可由電子束蒸發(fā)、磁控濺射或真空熱蒸發(fā)方法之一制備。所述的超薄Ag膜或超薄Al膜，厚度為3-20nm，可用電子束蒸發(fā)、磁控濺射或真空熱蒸發(fā)方法之一制備。一種制備所述的用于薄膜太陽能電池的多層背反射鏡結(jié)構(gòu)的方法，包括如下步驟1)制備Ag膜或Al膜用電子束蒸發(fā)、磁控濺射或真空熱蒸發(fā)方法之一，制備厚 200-1000nm 的 Ag 膜或 Al 膜(11)；2)制備氧化物透明導(dǎo)電膜在IT0、Sn02:F、ai0:Al或中選擇一種材料，用電子束蒸發(fā)、磁控濺射或真空熱蒸發(fā)方法之一，在步驟1)所制備的膜上，繼續(xù)制備厚度為100-500nm的氧化物透明導(dǎo)電膜(12)；3)制備超薄Ag膜或Al膜用電子束蒸發(fā)、磁控濺射或真空熱蒸發(fā)方法之一，在步驟2)所制備的膜上，繼續(xù)制備厚度為3-20nm的超薄Ag膜或A膜(13)；4)周期性結(jié)構(gòu)的制備重復(fù)上述2、>3)兩個(gè)步驟1-5次，最后再加一層氧化物透明導(dǎo)電膜(17)。本發(fā)明的有益效果是采用了成熟的電子束蒸發(fā)、磁控濺射、真空熱蒸發(fā)技術(shù)，制備在可見光和近紅外波段有較高的反射率的多層背反射鏡結(jié)構(gòu)，將極大地提高薄膜太陽能電池的短路電流，進(jìn)而提高太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。為了簡化制備工藝，所選取的材料體系為金屬薄膜和氧化物透明導(dǎo)電膜。超薄金屬具有小的面電阻和較高的透光率，是氧化物透明導(dǎo)電膜出現(xiàn)之前常用的透明導(dǎo)電材料。將超薄金屬薄膜和ΙΤ0、SnA F、ZnO Al、ZnO Ga等透明導(dǎo)電薄膜構(gòu)成周期性結(jié)構(gòu)， 在可見光和近紅外波段有較高的反射率，太陽能電池能夠獲得較高的短路電流。并且制備方法均可以采用電子束蒸發(fā)、磁控濺射、真空熱蒸發(fā)技術(shù)，工藝簡單。本發(fā)明的工藝路線簡單、易行，成品率高、電池效率高，有利于提高薄膜太陽能電池的性價(jià)比，推廣薄膜太陽能電池的應(yīng)用。


圖1為包含多層背反射鏡結(jié)構(gòu)的非晶硅薄膜太陽能電池結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為多層背反射鏡結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖，說明薄膜太陽能電池的多層背反射鏡結(jié)構(gòu)及其制備方法。實(shí)施例1以50 μ m厚的柔性不銹鋼為襯底1，采用磁控濺射方法(工作頻率為13. 56MHz)制備兩種背反射鏡結(jié)構(gòu)背反射鏡(1)為在襯底上依次沉積厚度為500nm的Ag膜，IOOnm的 ZnOiAl薄膜；背反射鏡O)為在襯底上依次沉積厚度為500nm的Ag膜2，IOOnm的SiO: Al 薄膜3，IOnm的Ag薄膜4，IOOnm的ZnO: Al薄膜5。采用等離子體輔助化學(xué)氣相沉積方法(PECVD，工作頻率為13. 56MHz)，在柔性不銹鋼襯底(用于制備樣品一)、所制備的背反射鏡(1)(用于制備樣品二)、背反射鏡(2)(用于制備樣品三)上沉積相同的N、I、P三層硅薄膜；其中N層反應(yīng)氣體為氫氣、硅烷、磷烷， 厚度約為50nm ；I層反應(yīng)氣體為氫氣、硅烷，厚度約為300nm ；P層反應(yīng)氣體為氫氣、硅烷、硼烷、甲烷，厚度約為30nm。采用磁控濺射方法(工作頻率為13. 56MHz)在上述三組樣品上沉積相同的ITO薄膜，厚度約為70nm。最后得到樣品一、樣品二、樣品三。包含多層背反射鏡結(jié)構(gòu)(2)的非晶硅薄膜太陽能電池(樣品三)結(jié)構(gòu)如圖1所示 1為不銹鋼襯底，2為Ag膜，3為&ι0:Α1薄膜，4為Ag薄膜，5為SiO: Al薄膜，6為N層非晶硅，7為I層非晶硅，8為P層非晶硅，9為ITO薄膜。在25°C，AMO太陽光譜(1353W/m2)下進(jìn)行太陽能電池輸出特性測試，三組樣品的短路電流密度依次分別為14. 77mA/cm2 (樣品一)、17. 94mA/cm2 (樣品二)、19. 16mA/cm2 (樣品三)，包含多層Ag/ZnO背發(fā)射鏡的非晶硅薄膜太陽能電池(樣品三)的短路電流密度，相比不包含多層背反射鏡結(jié)構(gòu)(樣品一)、僅包含Ag/ZnO背反射鏡(樣品二)的樣品，分別提高了 29. 7%和 6. 8%。實(shí)施例2采用電子束蒸發(fā)方法制備多層背反射鏡結(jié)構(gòu)多層背反射鏡結(jié)構(gòu)為在襯底上依次沉積厚度為IOOOnm的Ag膜ll，500nm的SnO2 = F氧化物透明導(dǎo)電膜12，20nm的Ag膜13， 500nm的SnO2:F導(dǎo)電膜，20nm的Ag薄膜16，500nm的SnO2 = F導(dǎo)電膜17。該多層背反射鏡可應(yīng)用于非晶硅、微晶硅、納米硅、非晶硅鍺、銅銦鎵硒、碲化鎘等材料為吸收層[15]的薄膜太陽電池，以及由它們所組成的各類疊層太陽電池。結(jié)構(gòu)如圖2所示。實(shí)施例3以50 μ m厚的柔性不銹鋼為襯底，采用真空熱蒸發(fā)方法制備多層背反射鏡結(jié)構(gòu) 多層背反射鏡結(jié)構(gòu)為在襯底上依次沉積厚度為200nm的Al膜，200nm的SiOAa氧化物透明導(dǎo)電膜，3nm的Al膜，200nm的ZnO Ga導(dǎo)電膜，3nm的Al薄膜，200nm的ZnO Ga導(dǎo)電膜，3nm 的Al薄膜，200nm的SiOAa導(dǎo)電膜。采用等離子體輔助化學(xué)氣相沉積方法(PECVD，工作頻率為13. 56MHz)，在所制備的多層背反射鏡結(jié)構(gòu)上，沉積N、I、P三層硅薄膜其中N層反應(yīng)氣體為氫氣、硅烷、磷烷， 厚度約為50nm ；I層反應(yīng)氣體為氫氣、硅烷，厚度約為300nm ；P層反應(yīng)氣體為氫氣、硅烷、硼烷、甲烷，厚度約為30nm。采用磁控濺射方法(工作頻率為13. 56MHz)在上述樣品上沉積ITO薄膜，厚度約為 70nmo
權(quán)利要求
1.一種用于薄膜太陽能電池的多層背反射鏡結(jié)構(gòu)，其特征在于包括膜(11)和周期性結(jié)構(gòu)(14)；所述的膜(11)是Ag膜或Al膜；所述的周期性結(jié)構(gòu)(14)，由氧化物導(dǎo)電膜(12) 和超薄膜(13)膜組成的雙層結(jié)構(gòu)，和一層氧化物導(dǎo)電膜(17)組成；所述的雙層結(jié)構(gòu)可以重復(fù)1-5次。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多層背反射鏡結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的Ag膜或Al膜，厚度為200-1000nm，可用電子束蒸發(fā)、磁控濺射或真空熱蒸發(fā)方法之一制備。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多層背反射鏡結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的氧化物導(dǎo)電膜，可選自ITO、SnO2: F、ZnO: Al或ZnO: Ga中的一種作為原材料，厚度為100_500nm。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多層背反射鏡結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的氧化物導(dǎo)電膜可由電子束蒸發(fā)、磁控濺射或真空熱蒸發(fā)方法之一制備。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多層背反射鏡結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的超薄Ag膜或超薄Al 膜，厚度為3-20nm，可用電子束蒸發(fā)、磁控濺射或真空熱蒸發(fā)方法之一制備。
6.一種制備如權(quán)利要求1所述的多層背反射鏡結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于包括如下步驟1)制備Ag膜或Al膜用電子束蒸發(fā)、磁控濺射或真空熱蒸發(fā)方法之一，制備 200-1000nm 厚的 Ag 膜或 Al 膜(11)；2)制備氧化物透明導(dǎo)電膜在ITO、Sn02:F,&ι0:Α1或中選擇一種材料，用電子束蒸發(fā)、磁控濺射或真空熱蒸發(fā)方法之一，在步驟1)所制備的膜上，繼續(xù)制備厚度為 100-500nm的氧化物透明導(dǎo)電膜(12)；3)制備超薄Ag膜或Al膜用電子束蒸發(fā)、磁控濺射或真空熱蒸發(fā)的方法之一，在步驟 2)所制備的膜上，繼續(xù)制備厚度為3-20nm的超薄Ag膜或A膜(13)；4)周期性結(jié)構(gòu)的制備重復(fù)上述幻、；3)兩個(gè)步驟1-5次，最后再加一層氧化物透明導(dǎo)電膜(17)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于薄膜太陽能電池的多層背反射鏡結(jié)構(gòu)。包括膜(11)和周期性結(jié)構(gòu)(14)；所述的膜(11)是Ag膜或Al膜；所述的周期性結(jié)構(gòu)(14)，由氧化物導(dǎo)電膜(12)和超薄膜(13)膜組成的雙層結(jié)構(gòu)，和一層氧化物導(dǎo)電膜(17)組成；所述的雙層結(jié)構(gòu)可以重復(fù)1-5次。本發(fā)明提供的多層背反射鏡結(jié)構(gòu)在可見光和近紅外波段有較高的反射率，太陽能電池能夠獲得較高的短路電流?？蓱?yīng)用于非晶硅、微晶硅、納米硅、非晶硅鍺、銅銦鎵硒、碲化鎘等材料為吸收層的薄膜太陽能電池，以及由它們所組成的各類疊層太陽能電池。
文檔編號H01L31/0232GK102270672SQ20101019114
公開日2011年12月7日 申請日期2010年6月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月3日
發(fā)明者劉成, 葉曉軍, 周麗華, 張翼翔, 錢子勍, 陳鳴波 申請人:上?？臻g電源研究所