[發明專利]一種薄膜太陽能電池及其制作方法

無效

• 申請號: 201310012874.4
• 申請日: 2013-01-14
• 公開（公告）號: CN103107217A
• 公開（公告）日: 2013-05-15
• 發明（設計）人: 王智浩;劉文;左強;孫堂友;官成鋼;徐智謀;趙彥立
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H01L31/0352
• 分類號: H01L31/0352;H01L31/18
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 方放

技術領域：

本發明屬于太陽能利用技術領域，具體涉及一種薄膜太陽能電及其制作方法。

技術背景：

開發利用太陽能已成為世界各國可持續發展能源的戰略決策，太陽能的利用包括光熱和光電兩個方向。光熱的利用在中國發展非常快，太陽能熱水器隨處可見；盡管發達國家和發展中國家均制定了光電產業中長期發展計劃，把光伏發電作為人類未來能源的希望，但作為社會整體能源結構的組成部分，目前太陽能發電所占比例仍然很低，造成這種狀況的主要原因是太陽能電池的成本過高。

當前光電池的主體是單晶硅電池，由于需要消耗大量的單晶硅，使得發電成本比當前主流發電技術的成本高數十倍，阻礙了其正常發展。為了降低成本，薄膜太陽能電池成為光伏領域中的一個重要研究方向，薄膜太陽能電池片自下而上由襯底層、光吸收層和覆蓋層構成，以硅系薄膜電池為例，由于非晶硅基本是直接帶隙，光吸收系數很大，吸收區厚度只要1微米就已經足夠，所以非晶硅薄膜太陽能電池的成本僅為單晶硅體電池的三分之一，但其效率也基本為單晶硅電池的三分之一，且存在退化問題，因此和單晶硅體電池相比沒有太多優勢。多晶硅薄膜太陽能電池由于其效率可以達到15％以上，是薄膜太陽能電池發展的重要方向之一，但由于多晶硅薄膜為間接帶隙，因此吸收系數小，需要10微米的厚度才能將入射光基本吸收，這樣的厚度無疑將導致成本的提高，解決這一問題的手段是采用所謂的陷光結構，即讓光在硅薄膜中來回多反射幾次，這樣就可以在較小的膜厚條件下達到全部吸收的效果。

薄膜太陽電池的陷光結構具有如下功用：一、在很大的光入射角度范圍內盡可能減小太陽電池迎光面的光反射。二、盡可能提高太陽電池背光面的光反射。三、使光在背光面反射回來時具有盡可能高的衍射效率，如果迎光面的光透射率高反射率低，從背光面反射回來的光在迎光面上會具有很大的出射效率，反而有可能會使光吸收效率下降，這對于吸收區薄的太陽電池會更加明顯。衍射可以改變光的傳播角度，使背反射光在迎光面上的入射角度大于發生全反射的臨界角，從而將光限制在太陽電池中傳播，直到被吸收。四、較小的特征尺寸，以便與薄膜太陽電池尺寸相兼容；五、較為簡單的制備工藝，生產成本低。

為此目的，國際專利WO?03/001609A2公開了一種帶分布布拉格反射器(DBR)陷光結構的薄膜太陽能電池片；國際專利WO?2006/078319A1公開了一種DBR上自帶波紋狀衍射光柵陷光結構的薄膜太陽能電池片；美國專利申請2007/0235072A1公開了一種DBR與空氣孔或者介質孔光子晶體結合陷光結構的薄膜太陽能電池片；中國專利申請200510030152.7公開了一種帶背散射器陷光結構的薄膜太陽能電池片；中國專利申請200910081459.8公布了一種衍射光柵、分布布拉格反射器和金屬反射器結合的背光面陷光結構的薄膜太陽能電池片。上述專利在所述薄膜太陽能電池片的覆蓋層上表面或襯底層下表面制作陷光結構，但這些陷光結構要么陷光效率不夠理想，要么制作成本過高，違背了薄膜太陽能電池的初衷。

單晶硅常規太陽電池上常用的織構化陷光結構雖制作工藝簡單成本低，但具有較大的特征尺寸，不能與薄膜電池兼容，在起伏面上光表現為反射而不是散射或漫射，陷光效率低。

由于多晶硅的折射率達到4，太陽光中能量密度最大的波長為500納米左右，在多晶硅薄膜中的光波長為125納米，如果陷光結構的橫向尺寸大于4個波長大小，則對光的反射與平面反射相差不大，這就是當前已有的多晶硅陷光結構效果不佳的根本原因。而其它能夠制作納米尺寸結構圖形的方法則往往由于成本高限制了其在薄膜太陽能電池陷光結構上的應用。

與薄膜太陽能電池兼容的納米尺寸且制作成本低的陷光結構，是太陽能電池生產所迫切需要的。

發明內容

本發明提供一種薄膜太陽能電池，同時提供其制作方法，解決現有薄膜太陽能電池的陷光效率低或成本高的問題。

本發明所提供的一種薄膜太陽能電池片，自下而上由襯底層、光吸收層和覆蓋層構成，其特征在于：

所述覆蓋層上表面或襯底層下表面隨機分布多個納米孔或多個納米柱，或者所述覆蓋層上表面和襯底層下表面均隨機分布多個納米孔或多個納米柱；

所述納米孔孔徑或納米柱柱徑為40nm～300nm，納米孔之間的孔距或納米柱之間的柱距為80nm～400nm；