专利名称：全息太阳能光伏电池及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种新型太阳能光伏电池的结构、功能、制造以及应用。具体为包含至少一层具有微纳米全息结构的太阳能光伏电池及其应用。
背景技术：
太阳能光伏电池(简称光伏电池)可将光能转换为电能，因此，通过将太阳能转换为电能，光伏电池可实现利用太阳能来发电的目的，在为实际人们生产生活提供电力方面具有可观的应用。在制造光伏电池时，通过减少原材料的使用进而使得光伏电池的厚度减小，使得光伏电池实现薄膜化。薄膜化的光伏电池称为薄膜光伏电池。薄膜光伏电池较晶硅光伏电池所用的材料有大大的减少，节省了成本，被称为第二代太阳能光伏电池。连接薄膜光伏电池，可将光伏电池片组装成为光伏组件用于进行大功率供电。单个薄膜光伏电池的输出电功率从几毫瓦到几瓦不等。根据用途的不同，可将多个薄膜光伏电池通过电路连接并封装组成阵列以提供所需的发电量。薄膜光伏电池的应用非常广泛它可用于人造卫星和空间飞船的能源供给，可用于民用住宅和商用物业的电力供给，为野外移动设备提供电力，为先进混合动力车辆的电池充电，以及应用于各种个人移动终端的充电器。对于传统的薄膜光伏电池，导电层和光电转化有源层(本发明简称为有源层)依次堆叠。当光从外部进入薄膜光伏电池，光子在有源层产生电子-空穴对。在PN结内部电场的作用下，所产生的电子-空穴对被互相分离。由于在构成有源层的材料的电子带隙结构中存在电势差，电子和空穴在该电势差的作用下移动并产生电流，进而光伏电池因此形成了电流源。此时，如果引入负载电路或电子设备，所产生的电力可用于供给并驱动引入的电路或设备。现有的薄膜太阳能电池光电转化效率平均值为6%_10%。导致转换效率不高的主要原因之一是对入射光的利用率低下。入射至光伏电池的光由于受到了 1.表面透光层的反射；2.有源层的反射；3.有源层的厚度，这些因素的影响，导致了光不能被现有的薄膜太阳能电池有效地吸收和利用。尽管光伏电池的应用能有效地减少人类社会对化石燃料的依赖，光伏电池原材料的价格和光电转化效率至今依然严重制约着光伏太阳能技术的广泛使用。因此，提高光电转化效率和/或者降低制造成本将可以推广和扩大光伏电池和器件在能源领域的使用。
发明内容
本发明的目的是提供一种全息太阳能光伏电池，本发明在薄膜光伏电池的技术和结构基础上，将具有微纳米全息结构的材料层引入太阳能光伏电池中，从而达到了太阳能光伏电池表面对入射光抗反射、陷阱入射的光、减小光伏电池对入射光的角度依赖性、使得光伏电池表面具有强疏水性、大大增加光电有效作用表面积、提高透光层到有源层的入射透光率、增强背电极光反射率和引入表面等离子体激元共振效应的性的性能，进而从多个角度大大提高光伏电池光电转换效率。依据具体的应用，本发明采用一个或多个以上提到的微纳米全息结构，达到增强光伏电池性能的目的。同时，由于作为光伏电池基底的材料选取为高分子聚合物，所采用的全息微纳米成型工艺简单，使得太阳能光伏电池的成本得以降低。本发明所公开的光伏电池较以往产品有长足进步且在结构和光电转换机理上具有很多的不同，称为全息太阳能光伏电池，简称全息光伏。本发明的技术方案如下一种全息太阳能光伏电池，包括至少一个接受阳光入射的透光层，一个透明电极层，一个有源层；背电极；其特征在于所述的透光层上表面或/和下表面具有一维或二维微纳米全息结构。所述的全息太阳能光伏电池，其特征在于所述的透光层具有下列结构之一(I)、透光层上表面具有一维或二维微纳米全息结构，形状包括片层结构、三方柱体、四方柱体、五方柱体、六方柱体、圆柱体、三面金字塔柱体，四面金字塔柱体，半圆球体、半椭球体、规则抛物线曲面柱体；或(2)、透光层下·表面具有二维微纳米全息结构，形状包括半圆球体、半椭球体，规则抛物线曲面柱体；(3)、透光层上表面具有一维或二维微纳米全息结构，形状包括片层结构、三方柱体、四方柱体、五方柱体、六方柱体、圆柱体、三面金字塔柱体，四面金字塔柱体，半圆球体、半椭球体、规则抛物线曲面柱体；透光层下表面具有二维微纳米全息结构，形状包括半圆球体、半椭球体，规则抛物线曲面柱体。所述的全息太阳能光伏电池，其特征在于所述的背电极为单层金属层；或者由高分子聚合物层及覆盖在其外表面的金属层构成，其高分子聚合物层表面具有一维或二维微纳米全息结构。所述的全息太阳能光伏电池，其特征在于所述的背电极的一维或二维微纳米全息结构，形状包括片层结构、三方柱体、四方柱体、五方柱体、六方柱体、圆柱体、三面金字塔柱体，四面金字塔柱体，半圆球体、半椭球体、规则抛物线曲面柱体。所述的全息太阳能光伏电池，其特征在于所述的透光层上表面微纳米全息结构底座直径尺寸从50Mm到Imm,高50Mm到Imm,纵横比大于或等于1: 1，小于或等于5:1 ;所述的透光层下表面微纳米全息结构的底座直径从IOOnmm到IOOum,高IOOnm到IOOum,纵横比大于或等于1:1，小于或等于5:1。所述的全息光伏电池，其特征在于所述的透光层为透光的柔性高分子聚合物薄膜或厚度大于600Mm的高分子聚合物片层；所述的透光层的高分子聚合物材料为聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethylmethacrylate(PMMA)),聚氨酯(poly olefin (PO)),八氟环丁烧(perfluorocyclobutane (PFBC)),全氟聚(芳基醚)(perf luorocyclobutane poly (arylether) s),聚乙烯(poly ethylene(PE)),聚对苯二甲酸类塑料(poly ethylene terephthalate (PET)),乙烯-四氟乙烯共聚物(ethylene-tetra-fluoro-ethylene (ETFE)), 环烯经共聚物(cyclic olefincopolymer (COC)),聚酸亚胺(Polyimide (Kapton))；所述的透明电极层具有良好的导电性能和较高的透光率，透明电极层的材料为惨锡氧化铟(indium tin oxide (ITO)),嫁铟锡氧化物(gallium indium tin oxide(GITO)),氧化锌铟锡(zinc indium tin oxide (ZITO)),石墨烯(grapheme)，石墨烯氧化物(grapheme oxide),碳纳米管(carbon nanotube),石墨(graphite)，薄银层(thinsilver layer),薄金层(thin gold layer)；所述的有源层结构包括至少一个PIN结，有源层的构成材料为非晶硅，微晶硅，混合非晶和微晶硅，多晶硅，碲化镉(CdTe )或铜铟硒化物(CIGS)。所述的全息光伏电池，其特征在于所述背电极厚度为IOOum到1. 5mm,金属层的厚度为IOnm到400Mm。所述的全息光伏电池，其特征在于所述的透明电极层的厚度从IOnm到IMffl，有源层的厚度在IOnm到300Mm的范围内；所述背电极厚度为IOOum到1. 5mm。所述的全息太阳能光伏电池，其特征在于背电极的高分子聚合物基底的材料为聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethylmethacrylate (PMMA)),聚氨酯(poly olefin (PO)),八氟环丁烧(perf luorocyclobutane (PFBC)),全氟聚(芳基醚)(perf luorocyclobutanepoly (arylether) s),聚乙烯(poly ethylene (PE)),聚对苯二甲酸类塑料(polyethylene terephthalate (PET)),乙烯-四氟乙烯共聚物(ethylene-tetra-fluoro-ethylene (ETFE)),环烯烃共聚物(cyclic olefin copolymer (COC)),聚酰亚胺(Polyimide (Kapton));金属层的材料为招、镍、银、金、铜、不锈钢或者以上金属的合金；所述的背电极通过旋转涂布、磁控溅射、真空蒸镀或印刷的方法将金属沉积于具有一维或二维微纳米全息结构的高分子聚合物基底上。
所述的全息太阳能光伏电池，其特征在于所述的一维或二维微纳米全息结构通过连续性大幅纳米印压技术和设备生产得到；所述的透明电极层的制作方法为化学气相沉积或磁控溅射；所述的有源层的制作方法为等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)。全息太阳能光伏电池，包括至少一个接受阳光入射的透光层，一个透明电极层，一个有源层；背电极；其特征在于所述的背电极由高分子聚合物层及覆盖在其外表面的金属层构成，其高分子聚合物层表面具有一维或二维微纳米全息结构。所述的全息太阳能光伏电池，其特征在于所述的背电极的一维或二维微纳米全息结构，形状包括片层结构、三方柱体、四方柱体、五方柱体、六方柱体、圆柱体、三面金字塔柱体，四面金字塔柱体，半圆球体、半椭球体、规则抛物线曲面柱体。所述的全息太阳能光伏电池，其特征在于所述的微纳米全息结构底座直径尺寸为IOOnm到IOOum,纵横比大于或等于1: 1，小于或等于5:1。本发明的工作原理分析所述的透明电极层附着于透光层下表面上，所述的有源层附着于透明电极层下，所述的背电极附着于有源层下。所述的微纳米全息结构，具有抗反射、陷光、减少光伏电池角度依赖性和疏水性的特性，而且在400nm到IlOOnm的入射波长下，光伏电池表面反射率低于5%。所述的下表面当具有微纳米全息结构时，下表面具有增加光透射和增大有效表面积的特性。有源层可将入射光转换成为点电子，背电极具有很强的导电性能和光反射性能，可将通过有源层的光线反射回有源层。具有一维或二维微纳米全息结构的背电极具有增强背电极光反射率和表面等离子体激元共振的性能。此时的背电极对透射过有源层而到达背电极的入射光进行高反射率的反射。此时的表面等离子体激元共振增强陷光效应，增强光电转换效率。在400nm到IlOOnm的入射波长范围内，背电极的反射率大于95%。 本发明光伏电池透光层上具有以下结构之一a)透光层上表面具有一维或二维微纳米全息结构，透光层下表面为平面，透明电极层附着于透光层下表面，有源层附着于透明电极层下面，背电极附着于有源层下面，背电极为平面。所述的光伏电池结构应具有抗反射、陷光、低角度依赖性和强疏水性的性能，进而提高光伏电池光电转换效率。b)透光层上表面为平面，透光层下表面具有一维或二维微纳米全息结构，透明电极层附着于透光层下表面，有源层附着于透明电极层下面，背电极附着于有源层下面，背电极为平面。所述的光伏电池结构应具有光电有效作用表面积增大和增加入射光透射率的性能，进而提闻光伏电池光电转换效率。c)透光层上表面和下表面同时具有一维或二维微纳米全息结构，透明电极层附着于透光层下表面，有源层附着于透明电极层下面，背电极附着于有源层下面，背电极为平面。所述的光伏电池结构应具有抗反射、陷光、低角度依赖性、强疏水性、光电有效作用表面积增大和增加入射透光率的性能，进而提高光伏电池光电转换效率。d)透光层上表面和下表面同时为平面，透光层下表面为平面，透明电极层附着于透光层下表面，有源层附着于透明电极层下面，背电极附着于有源层下面，背电极具有一维或二维微纳米全息结构。所述的光伏电池结构应具有增强背电极光反射率和表面等离子体激元共振的性能，进而提高光伏电池光电转换效率。e)透光层上表面和下表面同时具有一维或二维微纳米全息结构，透明电极层附着于透光层下表面，有源层附着于透明电极层下面，背电极附着于有源层下面，背电极具有一维或二维微纳米全息结构。所述的光伏电池结构应具有抗反射、陷光、低角度依赖性、强疏水性、光电有效作用表面积增大、增加入射透光率、增强背电极光反射率和表面等离子体激元共振的性的性能，进而提高光伏电池光电转换效率。本发明具有微纳米全息结构层将电磁能量转换成电能，该方法包括(I)通过具有微纳米全息结构的透光层接收电磁辐射；(2)电磁辐射通过透光层和其下方的透明电极层，传送进入至少一层光电转换有源层；(3)在光电转换有源层生成激子，并分离激子形成电子和空穴；(4)导出电子进入外部电路。太阳能光伏电池的效率和成本一直是广泛关注的问题。本发明所描述的太阳能光伏电池包括一到多层具有微纳米全息结构的材料层，入射至光伏表面的光必须多次通过这些微纳米全息结构层并与之作用。这些微纳米结构将入射光散射开来并加以传导，从而使得光线在这些结构中传播较长的距离，由此具有陷光的作用。所陷的光在透光层下表面和透明电极层中来回传导，进而被有源层捕获并吸收，由此增加了有源层与光的有效作用面积，使得有源层材料可以更加充分的吸收光，利用光能转换成为电能。在背电极方面，由于背电极的微纳米结构为光子晶体全反射镜，通过有源层入射至背电极的光被大量的反射回有源层，使得光能更充分的被利用，增加了所产生电力的总额，提高了光伏电池的光电转换效率。从另一个角度来说，因为光被限制在光伏电池里，可被光电转换的光子数量增加。在不导致光伏电池光电转换效率减低的前提下，有源层材料的厚度可以较薄膜光伏电池进一步减薄。因此，采用了微纳米全息结构的光伏电池可以在不减弱其光电转换效率的前提下减少其对材料的使用和设备损耗，从而可实现降低太阳能光伏电池生产的成本。此外，减小光伏电池有源层的厚度可以减弱或消除光伏电池光电转换的能力因为器件老化而光电转换效率衰减的问题(Steable-Wronski非晶娃效应),从而可以提升并稳定薄膜光伏电池的整体性能，在一定程度上延长其高效使用寿命。一般来说，当入射光线对光伏电池的表面呈垂直(入射角度九十度)或接近垂直入射时，有源层接收到的光总量最多，光伏电池对光的有效吸收最大，光电转换效果最好，这样的情况一般发生在一天的正午时间。然而，当入射角度很小的时候，落在光伏电池表面的光线就会被大量的被反射，从而使得光伏电池不能够吸收到足够的光，导致发电量减少或光伏电池不工作，这样的情况发生在一天的早晨和黄昏。因此光伏电池对入射光有很大的角度依赖性。由于微纳米全息结构是空间立体结构，一般为二维结构，微纳米全息结构表面的使用把入射光散射开来，从而减小了光伏电池对入射光角度的依赖性。举例来说，当阳光以一个非常小的角度入射至光伏电池，微纳米结构的某一部分表面总能以九十度或者接近九十度的角度面对入射光，使得光线可以以很小的损耗被充分吸收。另外一些光线因为入射到了微纳米结构表面的其他部分进而被反射，而其反射的光可以以接近于九十度的入射角度入射至此结构周围的微纳米结构上，从而也被低损耗的吸收了。从以上的叙述得出，微纳米全息结构表面可以大幅有效的降低光伏电池对入射光线角度的依赖性。由此性能出发，本发明具有比传统光伏电池长的有效发电时间，同时也为光伏电池的安装提供方便以及传统光伏电池所不能比拟的灵活性。本发明光伏结构和其性能提升分析本发明光伏结构是结合了光子晶体原理、硅薄膜光伏原理和纳米技术的新一代光伏电池。本发明所公开的太阳能光伏电池光电转换效率的提高是源于对光伏电池的结构进行了创新性的调整和改变。本发明光伏电池将二维光子晶体结构引入到目前成熟的硅薄膜太阳能电池结构中，具体结构如
图1所示。本发明光伏结构的衬底为廉价的高分子聚合物材料(简称聚合物)。相比传统光伏电池，利用聚合物代替玻璃，可以降低成本。由于聚合物的可塑性和延展性，利用纳米压印技术，在聚合物材料上面刻划出微纳米的二维光子晶体结构，从而使得传统的光伏电池“站” 了起来，更大面积的接受太阳光。从制作工艺角度上出发，要制造新技术下的太阳能光伏电池，首先利用纳米印压技术制作微纳米全息透光层。利用此微纳米全息透光层作为光伏电池的支撑。然后利用磁控溅射方法和等离子辅助化学气相沉积(PEVCD)技术在微纳米结构聚合物基底上沉积上相应的透明电极层以及硅薄膜的PIN结构，最后在背面沉积背电极以及保护层。本发明光伏电池性能的提升A.大幅提高光电转换效率与传统平面光伏电池相比， 本发明所公开的技术取得了三点重要突破吸收更多的光，减弱或消除入射光角度的强依赖性，陷光以使光子与硅PIN结构的有效作用更加充分。这三点突破带来了光伏电池效率的整体提高。对于微纳米全息透光层，可以分作上表面和下表面。与平面光伏电池相比，拥有二维光子晶体结构的表面能够更多的吸收光子。如图2所示。当光入射到物体表面时，一部分光被反射，一部分光通过折射而被材料吸收。对于太阳能光伏电池，越多的光被吸收，就能为产生更多的电能作准备。如图2所示，当光入射至微纳米全息结构表面时，光被表面的微纳米结构不断反射，直接增加了光与材料表面的作用几率和次数，从而使得更多的光子能被吸收。从另外的角度上分析，太阳光入射，当通过透光层的上表面时，规则的光子晶体结构大量的吸收光并陷光于透光层中，使得大量的光子(光)被吸收，被吸收的光不能马上逃离表面，而在光子晶体阵列中不断的被反射和折射。如上所述，微纳米表面使得光在其中所行走的距离要远远大于光在平面结构中所行走的距离，更多的光子可以被光电转换，从而提高有效光子利用率。此外，微纳米阵列的表面结构使得器件表面具有高疏水性，落在器件表面的灰尘或油溃不容易附着于器件表面，特别是当雨水冲刷的时候，存在于表面的脏东西就会被自动冲走，从而使得光伏电池具有自清洁功能。对于微纳米全息透光层的下表面来说，规则的凹凸结构增加了光电转换的有效面积，光子能在更大的面积内与硅PIN结构进行作用，使得光子的作用更充分。图3很清楚的表明具有微纳米结构的基底大大增加了光子与光伏硅材料的作用面积，从而使得光电转换更加充分。微纳米全息透光层因其上、下表面结构，可以捕获更多的光子，使得所捕获的光子与光电转换材料更加充分的作用，从而实现大幅度提高太阳能光伏电池的光电转换效率。在背电极引入具有小特征尺寸的光子晶体全反射镜结构，不但阻止光从背电极泄露，还可以将从有源层透射过来的光大量的反射回有源层进一步的进行光电转换。由于微纳米全息结构的特征尺寸小，产生了表面等离子激元共振效应，进一步使得更多的光子能与有源层进行作用，从而提高光电转换效率。B.降低光伏电池生产成本传统光伏电池的成本高，一是因为其对硅的大量使用的依赖性，二是因为其玻璃作为支撑体的使用。而玻璃基底的使用造成的直接后果甚至使得玻璃基地比硅光伏电池还要昂贵。同时玻璃基底脆弱，其维护费用也相当高昂。这样的结构如在大规模的应用上，t匕如说光伏电站，其成本是相当巨大的，而且由晶硅产品所生产的光伏电池组件重量大，灵活性差，只能在有限的空间范围内使用。同时，晶硅太阳能光伏电池在生产中所耗费的能源是非常巨大的，这项技术随着光伏技术的发展以及在低碳节能减排的产业趋势下必将被淘汰。本发明光伏采用聚合物作为基底，其成本远远低于玻璃，据调查，一吨普通石英玻璃的价格要比同样重量的PET贵十倍以上，从这一点出发，如在大规模应用上，本发明光伏可以大大缩减成本。另外，由于聚合物重量轻，可塑性强的特点，使其具有很强的灵活性，可以附着于各种形状的物体表面，从而配合更多应用的开发，比如光伏建筑一体化的应用中，薄膜光伏电池可以很好地附着在建筑的任意表面。此外，聚合物产品多样化和灵活的生产使其具有强大的适应性，同时不会对环境和能源以及资源造成压力。C.增加产品的抗压性和可塑性，产品寿命，减轻光伏电池产品的重量柔性、可塑性、延展性是本发明光伏具有的优势特点。依据不同的应用可以轻易地调节本发明光伏的大小形状，而在本发明光伏电池片中，一些细小的破损并不会导致光伏电池的整体失效。也就是说，本发明光伏薄膜上存在的细小破损并不会影响电池的发电效果，即开路电压，短路电流等。本发明光伏可以广泛应用于强风、不平整的复杂地表、以及建筑表面。由于本发明光伏的轻便性，使其可以较容易的安装和移动。以上所提的特点都是晶硅光伏电池所不具备的，因此本发明光伏电池较晶硅光伏电池有较强的竞争优势。本发明光伏的平均寿命可达15-到20年以上。D.减弱或消除光伏板对阳光入射角度依赖性大的问题，依据不同纬度地区设计平面太阳能光伏电池板对于光线入射角度有非常大的依赖性。只有当光的入射角度小于某一个值时，光伏电池才能运作在比较高的光伏转换效率下。然而，本发明光伏中微纳米结构上表面可以有效减弱或消除对入射角度的强依赖性。其具体原理如图5。图5 (a)表明在入射光角度与入射平面呈90度时，光伏电池的光电转换效率为最高，实际中，这种情况发生在一天的正午时分，图5(b)中，当光线入射角度与入射平面比较大时(Θ比较大)，光伏电池的光电转换效率比较低，光伏电池基本上不产生电力，这种情况发生在一天的清晨和下午。而利用了微纳米全息结构，如图5 (c)所示，无论光线以任何角度入射，都可以保证大部分的光线与入射平面保持在一个比较小的入射角度范围内，使得表面对光的吸收增强，从而提高光电转换效率，也使得光伏电池有效发电时间变长。对于不同纬度地区来说，日照时间和日照角度都是不相同的，要使所使用的光伏电池产生最大的电力，必须根据不同纬度地区和地形情况进行针对性的设计和生产。对于本发明光伏来说，其表面的光 子晶体的设计正是迎合了此应用的需要。本发明光伏中微纳米全息结构层的应用对本发明光伏电池的性能提高是非常显著的，下表简要归纳了本发明光伏电池的结构以及相对应的光电转换性能的增强
权利要求
1.一种全息太阳能光伏电池，包括至少一个接受阳光入射的透光层，一个透明电极层，一个有源层；背电极；其特征在于所述的透光层上表面或/和下表面具有一维或二维微纳米全息结构。
2.根据权利要求1所述的全息太阳能光伏电池，其特征在于所述的透光层具有下列结构之一 (1)、透光层上表面具有一维或二维微纳米全息结构，形状包括片层结构、三方柱体、四方柱体、五方柱体、六方柱体、圆柱体、三面金字塔柱体，四面金字塔柱体，半圆球体、半椭球体、规则抛物线曲面柱体； (2)、透光层下表面具有二维微纳米全息结构，形状包括半圆球体、半椭球体，规则抛物线曲面柱体； (3)、透光层上表面具有一维或二维微纳米全息结构，形状包括片层结构、三方柱体、四方柱体、五方柱体、六方柱体、圆柱体、三面金字塔柱体，四面金字塔柱体，半圆球体、半椭球体、规则抛物线曲面柱体；透光层下表面具有二维微纳米全息结构，形状包括半圆球体、半椭球体，规则抛物线曲面柱体。
3.根据权利要求1或2所述的全息太阳能光伏电池，其特征在于所述的背电极为单层金属层；或者由高分子聚合物层及覆盖在其外表面的金属层构成，其高分子聚合物层表面具有一维或二维微纳米全息结构。
4.根据权利要求3所述的全息太阳能光伏电池，其特征在于所述的背电极的一维或二维微纳米全息结构，形状包括片层结构、三方柱体、四方柱体、五方柱体、六方柱体、圆柱体、三面金字塔柱体，四面金字塔柱体,半圆球体、半椭球体、规则抛物线曲面柱体。
5.根据权利要求1或2所述的全息太阳能光伏电池，其特征在于所述的透光层上表面微纳米全息结构底座直径尺寸从50Mm到Imm,高50Mm到Imm,纵横比大于或等于1:1,小于或等于5:1 ;所述的透光层下表面微纳米全息结构的底座直径从100n_到IOOum,高IOOnm到IOOum,纵横比大于或等于1: 1，小于或等于5:1。
6.根据权利要求1所述的全息光伏电池，其特征在于所述的透光层为透光的柔性高分子聚合物薄膜或厚度大于eooMfli的高分子聚合物片层；所述的透光层的高分子聚合物材料为聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethylmethacrylate (PMMA)),聚氨酯(polyolefin (PO)),八氟环丁烧(perfluorocyclobutane (PFBC)),全氟聚(芳基醚)(perfluorocyclobutane poly (arylether) s),聚乙烯(poly ethylene (PE)),聚对苯二甲酸类塑料(poly ethylene terephthalate (PET)),乙烯-四氟乙烯共聚物(ethylene-tetra-fluoro-ethylene (ETFE)), 环烯经共聚物(cyclic olefin copolymer (COC)),聚酰亚胺(Polyimide (Kapton))； 所述的透明电极层具有良好的导电性能和较高的透光率，透明电极层的材料为掺锡氧化铟(indium tin oxide (ITO)),嫁铟锡氧化物(gallium indium tin oxide (GITO)),氧化锌铟锡(zinc indium tin oxide (ZITO)),石墨烯(grapheme)，石墨烯氧化物(grapheme oxide),碳纳米管(carbon nanotube),石墨(graphite)，薄银层(thinsilver layer),薄金层(thin gold layer)； 所述的有源层结构包括至少一个PIN结，有源层的构成材料为非晶硅，微晶硅，混合非晶和微晶硅，多晶硅，碲化镉(CdTe )或铜铟硒化物(CIGS)。
7.根据权利要求1或3所述的全息光伏电池，其特征在于所述背电极厚度为IOOum到1. 5mm,金属层的厚度为IOnm到400Mm。
8.根据权利要求1或6所述的全息光伏电池，其特征在于所述的透明电极层的厚度从IOnm到IMm，有源层的厚度在IOnm到300Mm的范围内；所述背电极厚度为IOOum到1.Smnin
9.根据权利要求3所述的全息太阳能光伏电池，其特征在于背电极的高分子聚合物基底的材料为聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethylmethacrylate (PMMA)),聚氨酯(poly olefin (PO)),八氟环丁烧(perfluorocyclobutane (PFBC)),全氟聚(芳基醚)(perf luorocyclobutane poly (arylether) s),聚乙烯(poly ethylene (PE)),聚对苯二甲酸类塑料(poly ethylene terephthalate (PET)),乙烯-四氟乙烯共聚物(ethylene-tetra-fluoro-ethylene (ETFE)),环烯经共聚物(cyclic olefin copolymer (COC)),聚酰亚胺(Polyimide (Kapton));金属层的材料为铝、镍、银、金、铜、不锈钢或者以上金属的合金；所述的背电极通过旋转涂布、磁控溅射、真空蒸镀或印刷的方法将金属沉积于具有一维或二维微纳米全息结构的高分子聚合物基底上。
10.根据权利要求1所述的全息太阳能光伏电池，其特征在于所述的一维或二维微纳米全息结构通过连续性大幅纳米印压技术和设备生产得到；所述的透明电极层的制作方法为化学气相沉积或磁控溅射；所述的有源层的制作方法为等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)0
11.全息太阳能光伏电池，包括至少一个接受阳光入射的透光层，一个透明电极层，一个有源层；背电极；其特征在于所述的背电极由高分子聚合物层及覆盖在其外表面的金属层构成，其高分子聚合物层表面具有一维或二维微纳米全息结构。
12.根据权利要求11所述的全息太阳能光伏电池，其特征在于所述的背电极的一维或二维微纳米全息结构，形状包括片层结构、三方柱体、四方柱体、五方柱体、六方柱体、圆柱体、三面金字塔柱体，四面金字塔柱体,半圆球体、半椭球体、规则抛物线曲面柱体。
13.根据权利要求12所述的全息太阳能光伏电池，其特征在于所述的微纳米全息结构底座直径尺寸为100那么到lOOum，纵横比大于或等于1:1，小于或等于5:1。
全文摘要
本发明提出了一种具有一层或多层具有微纳米全息光学结构材料层的光伏电池，本发明采用微纳米全息结构作为透光层在光入射面减少入射光反射、降低光伏电池对入射光角度的依赖性，陷光并透光，在有源层大大增加光与有源层光电转换材料的作用面积，在背电极则采取完全反射镜的结构，将入射至背电极的光反射回光电转换材料，同时利用表面等离子体激元共振效应，增加光强，从而从一到多个角度增加和增强了光与光电转换材料的有效作用，大幅提高光伏电池的光电转换效率。本发明采用一个或多个以上提到的功能结构，做出不同的光伏电池结构，达到增强光伏电池性能的目的。
文档编号H01L31/0224GK103035755SQ201210398009
公开日2013年4月10日 申请日期2012年10月18日 优先权日2012年10月18日
发明者詹兴华 申请人:詹兴华