一种太阳能电池的制作方法

本实用新型涉及电池技术领域，尤其涉及一种太阳能电池。

背景技术：

薄膜太阳能电池相比一般晶硅太阳能电池可实现柔性，且具有发电量高，弱光性能和高温性能优异，以及轻量化等优点，已被广泛的应用。其中，CIS(铜铟硒或铜铟硫)基薄膜太阳能电池的应用范围更广。

目前现有的CIS基薄膜太阳能电池的典型制备方法为：首先在基层衬底上通过磁控溅射工艺制备一层均匀的Mo薄膜作为背电极层；再在背电极层上通过共蒸发法或者溅射硒化法等工艺制备一层均匀的CIS基吸收层；在CIS基吸收层之上再依次用化学水浴法或溅射法制备缓冲层、用磁控溅射法制备高阻层和窗口层，最后制备栅线电极。

通过该方法制备的CIS基薄膜太阳能电池，光吸收量少和载流子复合多是导致该CIS基薄膜太阳能电池效率损失的主要来源，若通过增加CIS基吸收层的厚度提高光吸收量，造成的结果是不仅提高了制造成本，还导致载流子复合增加，这样与减少载流子复合相悖；若通过减小CIS基吸收层的厚度减少载流子复合，但是又将降低光吸收量，所以研发一种既能阻挡背电极层的光吸收、提高光吸收层的光吸收，又可减小载流子复合的太阳能电池是目前亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

本实用新型的实施例提供一种太阳能电池，主要目的是阻挡背电极层的光吸收、提高光吸收层的光吸收，减少光吸收层内的载流子复合，进而提高太阳能电池的光电转换效率。

为达到上述目的，本实用新型的实施例采用如下技术方案：

一种太阳能电池，包括：

基层衬底；和

在所述基层衬底上且沿背离所述基层衬底方向层叠设置的背电极层、光吸收层、缓冲层、高阻层和窗口层；

其中，所述背电极层与所述介电层相接触的表面为第一三维结构，所述介电层与所述光吸收层相接触的表面为第二三维结构。

本实用新型实施例提供的太阳能电池通过介电层，可以阻挡背电极层的光吸收；且介电层与光吸收层之间设置的第二三维结构接触面，使光吸收层在第二三维结构界面上形成陷光结构，增强了光吸收层与介电层界面的光反射和光散射，增大了光吸收层的光吸收量，从而在不增加光吸收层厚度的前提下，提高光电效率；同时，利用介电层与光吸收层的折射率差，进一步增强光反射和光散射；光吸收层内产生的光生载流子不需要穿过整个光吸收层厚度，而是通过嵌入到光吸收层内部的第二三维结构表面，隧穿过介电层，到达背电极层与介电层之间的第一三维结构表面，被背电极层收集，从而缩短了载流子收集路径，减少光吸收层内光生载流子复合，进而提高光生载流子收集效率，提高太阳能电池的性能。

可选的，所述背电极层与所述介电层相接触的表面上具有第一凸出部和/或第一凹陷部，所述第一凸出部和/或第一凹陷部形成所述第一三维结构。

进一步的，所述第一凸出部的高度为10nm～500nm。

可选的，所述第一凸出部包括多个条状结构和/或多个点状结构。

可选的，所述第一凹陷部的深度为10nm～500nm。

可选的，所述第一凹陷部包括多个条状结构和/或多个点状结构。

可选的，所述介电层的厚度为1nm～100nm。

可选的，所述介电层与所述光吸收层相接触的表面上具有第二凸出部和/或第二凹陷部，所述第二凸出部和/或第二凹陷部形成所述第二三维结构。

进一步的，所述第二凸出部包括多个条状结构和/或多个点状结构。

可选的，所述第二凹陷部包括多个条状结构和/或多个点状结构。

可选的，相邻两个所述条状结构之间的间距为10nm～1000nm。

可选的，多个所述点状结构分成多个点状结构组，每个所述点状结构组由位于同一条直线上的点状结构组成，且相邻两个所述点状结构组的间距为10nm～1000nm。

可选的，所述介电层是由SiNx、SiOx、Al2O3、TiO2和/或a-Si材料制成的单层或多层。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的一种太阳能电池的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的另一种太阳能电池的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的一种第一三维结构接触面的结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的另一种第一三维结构接触面的结构示意图；

图5为本实用新型实施例提供的另一种第一三维结构接触面的结构示意图；

图6为本实用新型实施例提供的另一种第一三维结构接触面的结构示意图；

图7为本实用新型实施例提供的一种背电极层和介电层的分解示意图；

图8为本实用新型实施例提供的另一种背电极层和介电层的分解示意图；

图9为本实用新型实施例提供的另一种背电极层和介电层的分解示意图；

图10为本实用新型实施例提供的另一种背电极层和介电层的分解示意图；

图11为本实用新型实施例提供的一种太阳能电池的制备方法的流程框图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型实施例太阳能电池进行详细描述。

在本实用新型的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内段的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

本实用新型实施例提供了一种太阳能电池，参照图1和图2，所述太阳能电池包括：基层衬底1，在所述基层衬底1上且沿背离所述基层衬底1方向层叠设置的背电极层2、介电层3、光吸收层4、缓冲层5、高阻层6和窗口层7，其中，所述背电极层2与所述介电层3相接触的表面为第一三维结构201，所述介电层3与所述光吸收层4相接触的表面为第二三维结构301。

介电层3设于背电极层2与光吸收层4之间，可阻止光进入背电极层2被吸收，防止背电极层2影响整个太阳能电池的光吸收量。

介电层3与所述光吸收层4相接触的表面为第二三维结构301，这样能够使光吸收层4沉积在所述第二三维结构301后形成陷光结构，通过陷光结构能够增强介电层3和光吸收层4界面的光反射、散射和折射，相比二维结构的接触面能够有效增加光的吸收量，达到在不增加光吸收层厚度的前提下，有效提高光吸收量，提高太阳能电池的光电效率的效果，此外，相比于增加光吸收层4的厚度，本实用新型设置第二三维结构301的方法还降低了制造成本。

示例的，所述介电层3是由SiNx、SiOx、Al2O3、TiO2和/或a-Si材料制成，光吸收层4，所述光吸收层4为CIS基光吸收层，这样介电层3与光吸收层4的成分不同，导致介电层3与光吸收层4的折射率不同，利用两者的折射率差可以在介电层3与光吸收层4的界面处产生有效的光反射和光散射机制，以进一步提高光吸收量。

背电极层2与所述介电层3相接触的表面为第一三维结构201，由于第一三维结构201的存在，使光吸收层4内产生的光生载流子在隧穿过介电层3、被背电极层2收集时，能够缩短光生载流子的路径，减少光生载流子在光吸收层4内复合的几率，进而提高背电极层2对光生载流子的收集效率，改善太阳能电池的性能。

示例的，所述背电极层2与所述介电层3相接触的表面上具有第一凸出部和/或第一凹陷部，所述第一凸出部和/或第一凹陷部形成第一三维结构201。具体的，参照图3至图6，第一三维结构201可以是由第一凸出部形成，也可以是由第一凹陷部形成，也可以是由第一凸出部和第一凹陷部组合形成。

当所述第一三维结构201包括所述第一凸出部的情况下，所述第一凸出部的高度为10nm～500nm，当所述第一三维结构201包括所述第一凹陷部的情况下，所述第一凹陷部的深度为10nm～500nm。采用高度为10nm～500nm的第一凸出部、深度为10nm～500nm的第一凹陷部，能够使光生载流子的收集效率达到最优；若尺寸过大，会减少光吸收层的厚度，影响整个太阳能电池的光电效率；若尺寸较小，又不能达到提高光生载流子收集效率的最优效果。优选的，所述第一凸出部的高度为100nm～300nm，所述第一凹陷部的深度为100nm～300nm。

具体的，所述第一凸出部具有各式各样的结构，示例的，所述第一凸出部包括多个条状结构和/或多个点状结构，其中，第一凸出部可以是由多个条状结构组成(参照图3)，也可以是由多个点状结构组成(参照图4)，也可以是由多个条状结构和多个点状结构以间隔布设或者其他布设方式组成。

示例的，所述条状结构的截面形状具有多种，例如：矩形、梯形、三角形、半圆形、扇形或者弧形，所述条状结构可以是上述各种形状中的一种，也可以是多种进行组合，具体不进行限定。

示例的，所述点状结构也具有多种，例如：柱体、梯形立方体、锥形立方体或者半球形，同样，点状结构可以是上述形状中的一种，也可以是多种进行组合，具体不进行限定。

所述第一凹陷部也具有各式各样的结构，示例的，所述第一凹陷部也可以包括多个条状结构和/或多个点状结构，其中，第一凹陷部可以是由多个条状结构组成(参照图5)，也可以是由多个点状结构组成(参照图6)，也可以是由多个条状结构和多个点状结构以间隔布设或者其他布设方式组成。

示例的，所述条状结构的截面形状具有多种，例如：矩形、梯形、三角形、半圆形、扇形或者弧形，所述条状结构可以是上述各种形状中的一种，也可以是多种进行组合，具体不进行限定。

示例的，所述点状结构也具有多种，例如：柱体、梯形立方体、锥形立方体或者半球形，同样，点状结构可以是上述形状中的一种，也可以是多种进行组合，具体不进行限定。

参照图1、图2、图7至图10，所述介电层3与所述光吸收层4相接触的表面上具有第二凸出部和/或第二凹陷部，所述第二凸出部和/或第二凹陷部形成所述第二三维结构301，如图1、图7和图8所示，所述介电层3与所述光吸收层4相接触的表面上具有第二凸出部，第二凸出部形成第二三维结构301；如图2图9和图10所示，所述介电层3与所述光吸收层4相接触的表面上具有第二凹陷部，第二凹陷部形成第二三维结构301。

具体的，所述第二凸出部具有各式各样的结构，示例的，所述第二凸出部包括多个条状结构和/或多个点状结构，其中，第二凸出部可以是由多个条状结构组成(参照图7和图9)，也可以是由多个点状结构组成(参照图8和图10)，也可以是由多个条状结构和多个点状结构以间隔布设或者其他布设方式组成。

所述第二凹陷部也具有各式各样的结构，示例的，所述第二凹陷部也可以包括多个条状结构和/或多个点状结构，其中，第二凹陷部可以是由多个条状结构组成，也可以是由多个点状结构组成，也可以是由多个条状结构和多个点状结构以间隔布设或者其他布设方式组成。

具体实施时，多个所述条状结构形成第一三维结构201或第二三维结构301时，或多个点状结构形成第一三维结构201或第二三维结构301时，为了能够实现更好的陷光和光生载流子效果，相邻两个所述条状结构之间的间距为10nm～1000nm，可选的，相邻两个所述条状结构之间的间距为100nm～800nm，进一步可选的，每相邻两个所述条状结构之间的间距相等，多个所述点状结构分成多个点状结构组，每个所述点状结构组由位于同一条直线上的点状结构组成，且相邻两个所述点状结构组的间距为10nm～1000nm，可选的，相邻两个所述点状结构组的间距为100nm～800nm，且每个所述点状结构组中相邻两个点状结构之间的间距也为10nm～1000nm，可选的，相邻两个点状结构之间的间距也为100nm～800nm，相邻两个所述点状结构组之间的间距可以与每个点状结构组中相邻两个点状结构之间的间距相等或者不等均可，进一步可选的，至少部分所述点状结构组中每相邻两个所述点状结构的间距相等或每一个所述点状结构组中每相邻两个所述点状结构的间距相等，这样设计也便于制备上述条状结构或点状结构，使所述条状结构或点状结构具有周期性的布设，但是，所述条状结构或点状结构也可以无规律的进行布设。

为了达到阻挡背电极层2光吸收的最优效果，所述介电层3的厚度为1nm～100nm，处于该厚度范围的介电层3能够保证足够多的载流子隧穿过介电层被背电极层收集，进而保障载流子的收集效率，可选的，所述介电层3的厚度为1nm～20nm。

下述通过几个示例对第一三维结构201和第二三维结构301的具体结构详细描述，但是该示例之外的实施方式也在本实用新型的保护范围之内。

示例一：参照图1和图7，所述第一三维结构201包括第一凸出部，且第一凸出部由多个平行布设的条状结构组成，在沉积所述介电层3时，沉积厚度均匀的介电层3，进而形成的第二三维结构301也是由多个平行布设的条状结构组成，且该条状结构也呈凸出状。

示例二：

参照图8，所述第一三维结构201包括第一凸出部，且第一凸出部由多个点状结构组成，在沉积所述介电层3时，沉积厚度均匀的介电层3，进而形成的第二三维结构301也是由多个点状结构组成，且该点状结构也呈凸出状。

示例三：

参照图2和图9，所述第一三维结构201包括第一凹陷部，且第一凹陷部由多个平行布设的条状结构组成，在沉积所述介电层3时，沉积厚度均匀的介电层3，进而形成的第二三维结构301也是由多个平行布设的条状结构组成，且该条状结构也呈凹陷状。

示例四：

参照图10，所述第一三维结构201包括第一凹陷部，且第一凹陷部由多个点状结构组成，在沉积所述介电层3时，沉积厚度均匀的介电层3，进而形成的第二三维结构301也是由多个点状结构组成，且该点状结构呈凹陷状。

所述介电层3是由SiNx、SiOx、Al2O3、TiO2和/或a-Si材料制成的单层或多层，具体的，所述介电层3可以是单层结构，也可以是多层结构，具体不做限定。

所述第一三维结构201的组分和背电极层2的组分可以是相同的，例如：采用钼或者其他金属材料。

具体的，所述太阳能电池可以为CIS基薄膜太阳能电池、碲化镉电池、砷化镓电池或非晶硅薄膜太阳能电池。

本实用新型实施例还提供了一种用于制备所述太阳能电池的制备方法：参照图11，所述制备方法包括：

S1：提供基层衬底。其中，所述基层衬底为不锈钢衬底。

S2：在所述基层衬底上沉积背电极层。

通过物理气相沉积(PVD)或化学气相沉积(CVD)中的其中一种进行沉积，可以采用磁控溅射法沉积、低压化学气相沉积(LPCVD)、常压化学气相沉积(APCVD)或反应等离子体沉积(RPD)中的一种进行沉积，其中，磁控溅射法沉积是较常用的沉积方法。

其中，所述背电极层为Mo背电极层，也可以采用其他金属作为背电极层的材料。

S3：在所述背电极层背离所述基层衬底的一侧的表面上制备第一三维结构，其中，所述第一三维结构的组分与所述背电极层的组分可以相同。

在具体制备所述第一三维结构时，可采用多种方法制备第一三维结构，具体如下所述：

一种：采用光学光刻、电子束光刻、原子光刻、极紫外光刻或X射线光刻。

另一种：采用纳米压印工艺或软刻印工艺在所述背电极层上压印所述第一三维结构。

另一种：采用扫描探针工艺在所述背电极层上压印所述第一三维结构。

优选的，采用电子束光刻和纳米压印工艺实现第一三维结构的制备。

S4：在具有所述第一三维结构的所述背电极层上制备介电层，所述介电层背离所述背电极层的一侧的表面具有所述第二三维结构。

具体的，可以采用原子层沉积、物理气相沉积、化学气相沉积、热氧化沉积或溶胶凝胶法沉积所述介电层。

S5：在具有所述第二三维结构的所述介电层上制备光吸收层，所述光吸收层嵌入在具有所述第二三维结构的所述介电层上形成陷光结构。

具体的采用共蒸发法或溅射法制备所述光吸收层，一般所述光吸收层为CIS基光吸收层，光吸收层制得后所述光吸收层在第二三维结构上就形成了陷光结构，陷光结构所达到的技术效果上述已经详细描述，在此不再赘述。

S6：在光吸收层上依次制备缓冲层、高阻层和窗口层，以制得太阳能电池。

具体的，首次采用化学浴沉积方法在光吸收层上制备缓冲层，一般所述缓冲层为硫化镉缓冲层，再采用磁控溅射法在所述缓冲层上制备高阻层和窗口层，所述高阻层的材料可以是氧化锌或掺铝氧化锌中的其中一种，所述窗口层的材料可以是氧化铟、氧化铟锡、掺钛氧化铟、氧化钨、掺硼氧化锌或掺铝氧化锌中的其中一种。

在本说明书的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。