[發明專利]基于硅基單面集成吸收發射器的太陽能熱光伏電池

有效

• 申請號: 202010051089.X
• 申請日: 2020-01-17
• 公開（公告）號: CN111244219B
• 公開（公告）日: 2021-10-26
• 發明（設計）人: 徐駿;侯國智;王朝曄
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: H01L31/054
• 分類號: H01L31/054;H01L31/055;H01L31/18
• 代理公司: 南京樂羽知行專利代理事務所(普通合伙) 32326
• 代理人: 李培

1.一種基于硅基單面集成吸收發射器的太陽能熱光伏電池，包括頂層太陽能聚光系統，其特征在于：還包括底部的選擇性吸收發射器、環繞在選擇性吸收發射器周圍的窄帶隙光伏電池以及選擇性吸收發射器下部的儲熱層；所述選擇性吸收發射器包括硅片襯底以及設置在所述硅片襯底上的若干個不同深度層次的扇形側壁納米孔陣列；

所述硅片襯底的上表面和扇形側壁納米孔陣列的扇形側壁自外而內依次包括高溫保護及相干吸收層、等離激元吸收層以及有序硅納米孔陣列，所述高溫保護及相干吸收層為氧化鋁，所述等離激元吸收層為金。

2.一種用于太陽能熱光伏電池的硅基單面集成吸收發射器的制備方法，采用權利要求1中所述的硅基單面集成吸收發射器，其特征在于包括如下幾個步驟：

1）清洗單晶硅片作為襯底，用 RCA 標準清洗流程進行清洗；

2）掩膜板制作，通過提拉法在硅片上覆蓋一層密堆積兩種不同尺寸的PS小球作為掩膜板；

3）將鋪有單層PS小球掩膜的硅片樣品放入等離子體刻蝕機腔室，腔室抽真空至8*10^-4Pa，通入刻蝕氣體氧氣，流量設置為50sccm，功率設置為100W，通過自主設定氣體流量刻蝕時間，氣體刻蝕PS小球速率為每分鐘40nm，獲得不同大小尺寸的PS小球；

4）磁控濺射鋁薄膜，腔體抽真空至4*10^-4Pa，通入氬氣，流量設置為40sccm，功率設置為100W，預濺射120s后打開擋板閥，在樣品上表面濺射鋁膜300s~600s；

5）將濺射有鋁薄膜的樣品置于酒精中超聲，在樣品上表面獲得鋁納米網絡陣列結構；

6）將樣品放入等離子體刻蝕機腔室，腔室抽真空至8*10^-4Pa，交替通入刻蝕氣體六氟化硫、鈍化氣體八氟化四碳，氣體流量設置為100sccm，功率設置為100W，刻蝕時間為10s~20s，鈍化時間為5s~10s，通過改變交替循環次數獲得不同深度層次的扇形側壁納米孔陣列；

7）在刻蝕獲得的納米孔陣列的表面磁控濺射形成金薄膜，腔體抽真空至4*10^-4Pa，通入氬氣，流量設置為40sccm，功率設置為100W，預濺射120s后打開擋板閥，在樣品表面濺射金薄膜40s~150s；

8）將樣品放入原子層沉積腔室，沉積源為三甲基鋁及氧氣，生長模式選擇plasma模式，升溫至300℃，生長速度:0.11nm/cycle，沉積100~900個循環；

9）利用有限時域差分方法，對經步驟8）處理的樣品在220nm~2600nm范圍內進行電磁場模擬，其中材料介電常數選用Palik數據，網格精度設為2nm，添加兩個能量監視器獲得反射值與透射值，進一步計算得到吸收值；

10）制備得到的單面集成吸收發射器即可應用于熱光伏系統中。

3.根據權利要求2所述的用于太陽能熱光伏電池的硅基單面集成吸收發射器的制備方法，其特征在于：在步驟2）中，所述PS小球直徑分別為1μm或2μm。