專利名稱：一種等離子體薄膜太陽能電池增效方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于制備高效薄膜太陽能電池的方法，特別是一種等離子體薄膜 太陽能電池的增效方法
背景技術(shù)：
由于硅是一種間接帶隙半導(dǎo)體材料，因此硅基的太陽能電池對長波段光的吸收較 弱，為了提高電池效率，通常需要增強(qiáng)硅基體對光的吸收。對于硅塊體的太陽能電池來說， 現(xiàn)有技術(shù)中通常采用金字塔型的結(jié)構(gòu)來增強(qiáng)吸收、降低光的反射。但是金字塔結(jié)構(gòu)的尺寸 一般在lOum左右，所以對于厚度只有1 2um的薄膜電池而言，這種結(jié)構(gòu)并不適用。因此 需要采用新的技術(shù)手段來解決這個問題。方法之一就是等離子體薄膜太陽能電池，即通過 在薄膜太陽能電池片表面蒸鍍金屬納米顆粒，利用其對入射太陽光的散射來達(dá)到對光的限 制，從而增強(qiáng)太陽能電池片對光的吸收。S.Pillai等人通過在1.25um厚的硅片上沉積銀 的方法，將光電流提高了 30% (J.Appl.Phys. 101，093105，2007)。Keisuke Nakamura 則通 過陽極氧化鋁(AA0)模板法在GaAs上沉積了銀納米顆粒，將短路電流提高了 8% (Appl. Phys. Lett. 93，121904,2008)。此外，已經(jīng)有關(guān)于通過該種辦法提高GaN基以及有機(jī)薄膜太 陽能電池的發(fā)電效率的相關(guān)報(bào)道。但是至今為止，還沒有人就納米顆粒的尺寸對薄膜電池 效率的影響進(jìn)行深入的研究。K. R. Catchpole在2008年曾就金屬顆粒的尺寸大小對薄膜 太陽能電池的影響進(jìn)行了理論計(jì)算，他們認(rèn)為金屬顆粒在lOOnm左右時能夠獲得最優(yōu)的效 果。目前現(xiàn)有的研究結(jié)果均表明，通過簡單的工藝或方法制備的金屬納米顆粒尺寸是不可 控的，而制備尺寸可控的或者是最優(yōu)化的金屬納米顆粒( lOOnm)則需要較為昂貴的設(shè)備 或者較為復(fù)雜的工藝。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種簡單有效的控制太陽能電 池板上沉積的金屬納米顆粒大小的辦法，獲得最優(yōu)的金屬顆粒尺寸( lOOnm)，從而獲得 高效的等離子體薄膜太陽能電池。一種等離子體薄膜太陽能電池增效方法，包括以下步驟1)通過薄膜沉積的方法在太陽能電池片上沉積一層金屬薄膜；2)將沉積了金屬薄膜的太陽能電池板送入退火爐中退火；3)退火后，在所述金屬薄膜上再沉積一層鈍化層。進(jìn)一步，所述太陽能電池片的材質(zhì)為硅薄膜，GaAs基薄膜電池，GaN基薄膜電池、 CdTe基薄膜電池以及有機(jī)薄膜太陽能電池和染料敏化電池。進(jìn)一步，所述步驟1)中的金屬薄膜沉積方法為熱蒸發(fā)、磁控濺射或電子束蒸發(fā) 法。進(jìn)一步，所述步驟1)中金屬薄膜的材質(zhì)為金、銀、銅、鉬中的一種或者其合金。進(jìn)一步，所述步驟2)具體為沉積后將太陽能電池板送入退火爐中退火；退火溫度為100 300°C，退火時間為10 60分鐘。進(jìn)一步，所述步驟3)中的鈍化層材質(zhì)為SiOx，Ti02或&02 ；鈍化層保護(hù)金屬薄膜 層中的金屬納米顆粒，防止其被氧化，以實(shí)現(xiàn)較長的使用壽命。進(jìn)一步，所述步驟3)中的鈍化層沉積方法為熱蒸發(fā)法、磁控濺射法或電子束蒸 發(fā)法。進(jìn)一步，所述步驟3)中的鈍化層沉積厚度為3nm-10nm。本發(fā)明的有益效果為通過在薄膜太陽能電池片上沉積金屬層，不需要采用模板 法，通過簡單的低溫退火工藝即可獲得尺寸均一可控的金屬納米顆粒；同時可以獲得最優(yōu) 化的納米尺寸，從而獲得最優(yōu)化的等離子體增效的薄膜太陽能電池。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例1中太陽能電池板的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明實(shí)施例1獲得的銀納米顆粒表面。圖3為本發(fā)明實(shí)施例2獲得的銀納米顆粒表面。圖4為本發(fā)明實(shí)施例3制備的30nm銀薄膜層。圖5為本發(fā)明實(shí)施例3獲得的銀納米顆粒表面。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合本發(fā)明的制備方法和附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明如圖1中所示的太陽能電池板，其制備方法為首先，通過薄膜沉積的方法，例如 熱蒸發(fā)，磁控濺射，電子束蒸發(fā)等金屬薄膜的物理沉積方法，在太陽能電池片1上沉積一層 金屬薄膜2，所沉積的金屬可為鉬、金、銀、銅中的一種或者上述金屬的合金。沉積后，將太陽 能電池板送入退火爐中在氮?dú)獗Ｗo(hù)下進(jìn)行退火，在100 300°C溫度下退火10 60分鐘， 可得到由尺寸范圍為10nm-150nm的金屬納米顆粒構(gòu)成的金屬膜。隨后在納米金屬膜上再 沉積一層3nm-10nm的鈍化層3，該鈍化層3的材質(zhì)為SiOx，Ti02或&02。鈍化層3的作用 為保護(hù)金屬薄膜2中的金屬納米顆粒，防止其被氧化，以實(shí)現(xiàn)較長的使用壽命。鈍化層3 與金屬薄膜2采用相同的薄膜沉積方法制備。上述太陽能電池板的材質(zhì)為硅薄膜，GaAs基薄膜電池，GaN基薄膜電池、CdTe基 薄膜電池以及有機(jī)薄膜太陽能電池和染料敏化電池等其它薄膜電池。實(shí)施例1如圖1所示，在硅薄膜太陽能電池片1上，通過熱蒸發(fā)方法沉積一層厚度為lOnm 的銀薄膜；在退火爐中通入氮?dú)膺M(jìn)行保護(hù)，在200°C下退火，退火時間為20分鐘，獲得納米 顆粒層2，再采用磁控濺射的方法在納米顆粒表面沉積一層3nm的SiOx鈍化層3。得到的 銀納米顆粒的尺寸范圍為lOmiHBOnm，如圖2所示。實(shí)施例2將實(shí)施例1中的銀薄膜厚度改成20nm，退火時間改成30min，得到銀納米顆粒的尺 寸范圍為30-50nm，如圖3所示。實(shí)施例3如圖4所示，將實(shí)施例1中的銀薄膜厚度改成30nm，退火溫度改成250°C，退火時間改成30min，獲得的納米顆粒大小為lOOnm左右，如圖5所示。本發(fā)明中所限定的限制金屬納米顆粒大小的方法不僅僅應(yīng)用在增強(qiáng)太陽能電池 板的工作效率上，還可以應(yīng)用于需要控制金屬納米顆粒大小的其它領(lǐng)域中。需要指出的是本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于上述的實(shí)施例。根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施方 式所做出的任何變形，均不脫離本發(fā)明的精神以及權(quán)利要求記載的范圍。
權(quán)利要求
一種等離子體薄膜太陽能電池增效方法，包括以下步驟1)通過薄膜沉積的方法在太陽能電池片上沉積一層金屬薄膜；2)將沉積了金屬薄膜的太陽能電池板送入退火爐中退火；3)退火后，在所述金屬薄膜上再沉積一層鈍化層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述一種等離子體薄膜太陽能電池增效方法，其特征為所述太 陽能電池片的材質(zhì)為硅薄膜，GaAs基薄膜電池，GaN基薄膜電池、CdTe基薄膜電池以及有 機(jī)薄膜太陽能電池和染料敏化電池。
3.根據(jù)權(quán)利要求1中所述一種等離子體薄膜太陽能電池增效方法，其特征為所述步 驟1)中的金屬薄膜沉積方法為熱蒸發(fā)、磁控濺射或電子束蒸發(fā)法。
4.根據(jù)權(quán)利要求1中所述一種等離子體薄膜太陽能電池增效方法，其特征為所述步 驟1)中金屬薄膜的材質(zhì)為金、銀、銅、鉬中的一種或者其合金。
5.根據(jù)權(quán)利要求1中所述一種等離子體薄膜太陽能電池增效方法，其特征為所述步 驟2)具體為沉積后將太陽能電池板送入退火爐中退火；退火溫度為100 300°C，退火 時間為10 60分鐘。
6.根據(jù)權(quán)利要求1中所述一種等離子體薄膜太陽能電池增效方法，其特征為所述步 驟3)中的鈍化層材質(zhì)為SiOx，TiO2或&02 ；鈍化層保護(hù)金屬薄膜層中的金屬納米顆粒，防 止其被氧化，以實(shí)現(xiàn)較長的使用壽命。
7.根據(jù)權(quán)利要求1中所述一種等離子體薄膜太陽能電池增效方法，其特征為所述步 驟3)中的鈍化層沉積方法為熱蒸發(fā)法、磁控濺射法或電子束蒸發(fā)法。
8.根據(jù)權(quán)利要求1中所述一種等離子體薄膜太陽能電池增效方法，其特征為所述步 驟3)中的鈍化層沉積厚度為3nm-10nm。
全文摘要
一種等離子體薄膜太陽能電池增效方法，包括以下步驟1)通過薄膜沉積的方法在太陽能電池片上沉積一層金屬層；2)沉積后將太陽能電池板送入退火爐中退火；3)隨后在納米金屬膜上再沉積一層鈍化層。通過在薄膜太陽能電池片上沉積金屬層，不需要采用模板法，通過簡單的低溫退火工藝即可獲得尺寸均一可控的金屬納米顆粒；同時可以獲得最優(yōu)化的納米尺寸，從而獲得最優(yōu)化的等離子體增效的薄膜太陽能電池。
文檔編號H01G9/20GK101937939SQ20101024336
公開日2011年1月5日 申請日期2010年8月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月2日
發(fā)明者侯堯楠, 劉堯平, 杜小龍, 梅增霞 申請人:中國科學(xué)院物理研究所