[發明專利]一種微納結構太陽能電池及其背面陷光結構的制備方法

有效

• 申請號: 201310017974.6
• 申請日: 2013-01-17
• 公開（公告）號: CN103943716A
• 公開（公告）日: 2014-07-23
• 發明（設計）人: 李海華;王慶康
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: H01L31/18
• 分類號: H01L31/18;H01L31/0236
• 代理公司: 上海光華專利事務所 31219
• 代理人: 余明偉

技術領域

本發明涉及太陽能電池技術領域，特別是涉及一種微納結構太陽能電池及其背面陷光結構的制備方法。

背景技術

非晶硅薄膜太陽能電池中光損失主要來源于以下三方面:表面反射的損失；進光面電極材料的覆蓋面積對入射光總能量的損失；由于電池厚度過薄而造成的透射損失。在電池中引入陷光結構可以有效地減小吸收層的厚度，進而減少了沉積時間。在p-i-n結構非晶硅薄膜太陽能電池中，陷光結構是聯合前電極的微納結構和高的背反射電極來實現的。通過采用具有微納結構的襯底，使入射光在進光面不斷發生漫散射或發生多次反射，這樣光通過電池本征i層的有效路徑增加了，從而提高了入射光的收集效率，電池光譜響應明顯提高，這是非晶硅薄膜太陽能電池新的發展方向。

由于非晶硅薄膜電池有著低于1μm的厚度，引入陷光結構，可以提高電池的效率。實際上，在單晶硅和多晶硅薄膜太陽能電池中采用的絨面結構、V型槽結構、刻蝕的金字塔結構等都是為了增加入射光在電池中的散射、折射、反射等傳播特性，但是這些結構的橫向尺寸很難減小到幾微米，限制了其在非晶硅薄膜電池中的應用。而在非晶硅薄膜太陽能電池背面采用陷光結構，通過結構的反射、折射和散射,將入射光線分散到各個角度,可以增加光在太陽能電池中的光程,使光吸收增加。因此，在非晶硅太陽能電池中引入陷光結構有利于提高太陽電池的短路電流和轉換效率。對于超薄的非晶硅薄膜太陽能電池，超薄的p-i-n結構可將內建電勢場提高，將光致衰退效應降為最低，甚至為零（V.Shah,H.Schade,M.Vanecek,J.Meier,E.Vallat-Sauvain,N.Wyrsch,U.Kroll,C.Droz,and?J.Bailat“Thin-film?Silicon?Solar?Cell?Technology,”Prog.Photovolt.Res.Appl.2004，12(23)：113-142.P.Lechner,W.Frammelsberger,W.Psyk,R.Geyer,H.Maurus,D.Lundszien,H.Watner,and?B.Eichhorn“Status?of?perform?ance?of?thin?film?silicon?solar?cells?and?modules,”Conference?record?of??the23rd?European?Photovoltaic?Solar?Energy?Conference,2008：20232026.）。VivianE.Ferry等使用軟壓印技術轉移出具有微納結構的單結非晶硅太陽能電池的結構襯底，依次在其表面沉積金屬層Ag、背電極層ZnO:Al、n-i-p結構的非晶硅a-Si:H層、前電極層ITO。n-i-p結構厚度僅為340nm時，電池的轉換效率達到6.6%（Vivian?E.Ferry,Marc?A.Verschuuren,Hongbo?B.T.Li，Light?trapping?in?ultrathinplasmonic?solar?cells，OPTICS?EXPRESS，2010，18（S2）：A237-A245）。

目前光刻技術是制備圖形結構廣泛采用的制備方法。轉移圖形結構的刻蝕（RIE、DRIE等）工藝，可以控制制備的結構的大小、高度等參數。一般來說，由此工藝制備的陷光結構，其上表面在同一平面上，上表面與側壁面具有一定夾角，因此會出現明顯的棱角。非晶硅薄膜太陽能電池中，由于后續沉積薄膜厚度很薄，每層沉積厚度從幾十納米到幾百納米不等，特別是電極層只有幾十納米，陷光結構中棱角的存在會使得后續沉積工藝易出現沉積不均勻、導電層斷路等問題，如此將導致太陽能電池內部出現斷路。

因此，如何制備出無棱角陷光結構是本領技術人員需要解決的課題。

發明內容

鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種微納結構太陽能電池及其背面陷光結構的制備方法，用于解決現有技術中太陽能電池背面陷光結構棱角的存在導致后續沉積工藝出現沉積不均勻等問題。

為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種太陽能電池背面陷光結構的制備方法，其至少包括步驟：

1）提供一玻璃基底；

2）利用刻蝕工藝刻蝕所述玻璃基底，使得玻璃基底表面為柱狀陣列結構；

3）采用離子束刻蝕技術，旋轉一預定角度，獲到表面為無棱角周期性微納結構的玻璃基底，該無棱角周期性微納結構即為陷光結構。

優選地，利用離子束刻蝕技術刻蝕的時間為2~6min，所述旋轉的預定角度為30~60°，屏柵束流為30mA，固定電壓為500V。