[發明專利]具有周期性陷光結構的柔性薄膜太陽電池及其制備方法

無效

• 申請號: 201310068857.2
• 申請日: 2013-03-04
• 公開（公告）號: CN103151399A
• 公開（公告）日: 2013-06-12
• 發明（設計）人: 魯林峰;黃洪濤;李東棟;汪軍;楊潔;郭瑞超;王會利;劉東方;方小紅;陳小源
• 申請（專利權）人: 上海中科高等研究院
• 主分類號: H01L31/0352
• 分類號: H01L31/0352;H01L31/18;H01L31/20
• 代理公司: 上海光華專利事務所 31219
• 代理人: 余明偉

技術領域

本發明涉及一種太陽能電池及其制備方法，特別是涉及一種具有周期性陷光結構的柔性薄膜太陽電池及其制備方法。

背景技術

柔性薄膜太陽電池質輕，易彎曲，可以應用于多種場合。利用柔性襯底，可以采用卷對卷的方式生產電池，提高電池的生產率。目前常用的柔性襯底材料一般包括有機物和金屬（或其合金）襯底。一般而言，金屬（或其化合物）襯底比有機物襯底的耐溫性能更好，容易獲得更高效率的柔性薄膜太陽電池。

非晶和微晶硅薄膜對300～600nm短波長范圍內的太陽光吸收的比較充分，但是對長波長光線吸收弱。在不增加硅薄膜吸收層厚度的前提下，為了增加對長波長光的吸收，一般需要采用陷光結構，增加光的散射，使光在薄膜中的光程變長，增加光被硅薄膜吸收層吸收的幾率，從而增加電池的光生電流，提高電池效率。

因此，用金屬（或其合金）作為薄膜太陽電池的襯底時，一般都需要在襯底上先形成特征尺寸為微米量級或亞微米級的絨面結構以提高電池效率。如先在不銹鋼表面生長摻Al的氧化鋅薄膜（AZO薄膜），然后對AZO薄膜進行腐蝕，制備出絨面結構。接著在該絨面結構上制備Ag薄膜，進一步增加對光的反射。但是AZO絨面結構尺度不容易調整，且很難使得絨面結構分布均勻。還有的方法直接在不銹鋼襯底上高溫生長Ag薄膜，形成所謂“熱Ag”的絨面結構，但是這種方法難以調控絨面結構的尺寸以及特征結構的分布均勻性，難以獲得大面積性能均勻的電池，Ag的成本也比較高，制備溫度較高（400～500°C），這都增加了電池的成本。

Al箔是一種低成本的柔性材料，可以很容易利用電化學陽極氧化的方法制備出特征尺寸分布均勻的周期性陷光結構，且結構尺寸可調。這種周期性的陷光結構用于薄膜電池中，容易產生光的波導效應、表面等離激元效應、光的反射效應以及這些效應的協同作用，可以增加光在電池中的傳輸長度，從而大幅增加電池對光的吸收(Vivian?E.Ferry?et.al.,ACS?NANO2011,12,10055-10064)，提高電池的效率。但是由于Al材料韌性較差，直接用Al箔作為薄膜太陽電池的襯底，電池在彎曲過程中，容易損傷，造成電池效率的降低。

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具有周期性陷光結構的柔性薄膜太陽電池及其制備方法，用于解決現有技術中在柔性金屬襯底上制備絨面結構的方法成本高，不易獲得大面積均勻的陷光結構的問題。

為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種具有周期性陷光結構的柔性薄膜太陽電池，至少包括：柔性金屬襯底；結合于所述柔性金屬襯底表面，且表面具有周期性的陷光結構的Al薄膜；以及結合于所述Al薄膜表面的薄膜電池層。

作為本發明的具有周期性陷光結構的柔性薄膜太陽電池的一種優選方案，所述柔性金屬襯底為不銹鋼或Ti，厚度為25～250μm。

作為本發明的具有周期性陷光結構的柔性薄膜太陽電池的一種優選方案，所述Al薄膜的厚度為1～10μm。

作為本發明的具有周期性陷光結構的柔性薄膜太陽電池的一種優選方案，所述Al薄膜的周期性陷光結構由周期性排列的多個特征微結構組成，各該特征微結構的橫向特征尺寸為300～1200nm。

作為本發明的具有周期性陷光結構的柔性薄膜太陽電池的一種優選方案，所述柔性薄膜電池為單結、雙結或者多結的柔性硅基薄膜電池。

作為本發明的具有周期性陷光結構的柔性薄膜太陽電池的一種優選方案，所述柔性薄膜電池各結中的吸收層材料為非晶Si、微晶Si、納米晶Si、非晶SiGe、微晶SiGe，非晶SiC、微晶SiC、非晶SiOx、微晶SiOx中的任意一種。

作為本發明的具有周期性陷光結構的柔性薄膜太陽電池的一種優選方案，所述薄膜電池層包括依次層疊的金屬薄膜、透明導電阻擋層、薄膜電池功能層、透明導電電極、以及金屬頂電極。

作為本發明的具有周期性陷光結構的柔性薄膜太陽電池的一種優選方案，所述電池功能層包括n型摻雜硅基薄膜層、i型本征硅基薄膜層及p型摻雜硅基薄膜層。

本發明還提供一種具有周期性陷光結構的柔性薄膜太陽電池的制備方法，至少包括以下步驟：

1）提供一柔性金屬襯底，于所述柔性金屬襯底上生長Al薄膜；

2）采用電化學腐蝕的方法，于所述Al薄膜表面腐蝕出周期性的陷光結構；

3）于所述Al薄膜上沉積金屬薄膜；

4）于所述金屬薄膜表面沉積透明導電阻擋層；

5）于所述透明導電阻擋層表面沉積薄膜電池功能層；

6）于所述薄膜電池功能層表面形成透明導電電極；