一种带有aao纳米光栅结构的新型太阳能电池背反射器的制造方法
【专利说明】-种带有AAO纳米光栅结构的新型太阳能电池背反射器 所属技术领域
[0001] 本专利发明的太阳能电池背反射器由AA0(阳极氧化铅模板）纳米光栅与银背反 射层组成，可直接应用于各类薄膜娃太阳能电池，进而提高太阳能电池光电转换效率。
【背景技术】
[0002] 众所周知，薄膜娃太阳能电池因用料少、成本低而备受青睐，但同时也面临着效率 较低的难题，原因之一在于随着入射光波长的增加，相应的吸收系数迅速下降，吸收长波长 光子所需的吸收长度大大增加，而薄膜电池的厚度薄，使得光子在电池中通过的路径大大 缩短。为了提高太阳能电池的光电转化效率，通常的做法是在薄膜娃太阳能电池底部通过 光刻、电子束刻蚀等技术制备衍射光栅，但该方法需要清洁昂贵的设备，且制备工艺复杂， 光栅制备条件苛刻、成本高、不适于批量生产。为此，本专利提出一种简单经济、制备方便、 适合批量生产的太阳能电池背反射器。
【发明内容】
[0003] 为解决薄膜娃太阳能电池用光栅制备条件苛刻、成本高、不适合批量生产的难题， 本专利设计提出了一种新型的太阳能电池背反射结构。具体
【发明内容】
如下：
[0004] (1)提出将AA0模板作为纳米光栅引入到太阳能电池结构中。
[0005] (2)利用抑TD、CST软件结合光栅方程设计了最佳的AA0纳米光栅结构。
[000引 做太阳能电池背反射器由AA0纳米光栅、银背反射层、IT0导电玻璃H层结构组 成。
[0007] 本发明专利的创新之处在于提出将AA0模板作为纳米光栅引入到太阳能电池结 构中。利用AA0纳米光栅可得到大倾斜角的反射光，通过有效抑制零级衍射，可使光在太阳 能电池内部上表面发生全反射，有效延长了光的传播路径实现捕光。银背反射层具有很高 的反射率，可W将到达银背反射层的90%W上的光反射。
【附图说明】
[000引 图1AA0纳米光栅扫描电镜结构图
[0009] 图2背反射器结构及光路示意图
[0010] 图3带有AA0纳米光栅的薄膜娃太阳能电池结构示意图
[0011] 图4带有AA0纳米光栅的背反射器制备工艺流程图
[0012] 图5带有AA0纳米光栅的薄膜娃太阳能电池吸收谱线增强模拟图
【具体实施方式】
[0013] 下面结合实例和图示对本发明专利做进一步的说明
[0014] 实施例
[0015] 本发明专利设计的背反射器可用于薄膜娃、晶体娃等各类太阳能电池。AA0纳米光 栅结构如图1所示。背反射器结构及光路示意图如图2所示，其中P为光栅周期，即AAO孔 径中也点之间的距离，h为光栅孔径深度，即AA0孔径深度。
[0016] 工作原理
[0017] 背反射器的主要作用是通过光栅把没有被娃吸收的光衍射回工作物质中，从而提 高光在娃中的传播路程。光栅对光的调制可用光栅方程来说明。
[0018] 光栅结构参数选择
[0019] 光栅常数P的选取；W光线垂直入射为例，进行光栅结构设计。根据光栅衍射方程
[0020]risiP(sina+sin目）=m Ag(1)
[002。 其中，m为衍射序，As为为娃的带隙波长，P为光栅周期，nsi为Si的折射率，文中 化1=3. 5，a和目分别为入射角和衍射角。为了使±1级的衍射角达到±90。，故，a=0， 公二^，因此光栅周期P为：
[0022] P=入g/ 化1= 314. 28nm似
[0023] 光栅槽深h的选取：依然W光线垂直入射为例。光的零级衍射在Si内部光程最 短，最不利于吸收，合适的槽高选取可抑制零级衍射，为使波长为Ag的光在光栅槽和脊上 反射的光干涉相消，有
[0024]
(3)
[00巧]所队得h=Ag/ 4nsi=78. 57nm
[0026] 光栅占空比S的选取；S=w/P。w为AAO孔径由于衍射效率与光栅周期的 Fourier分量成比例，而该分量在光栅的高低折射率介质分量等量时，即S=0. 5时最大，故 取占空比1=0. 5,即孔径为周期一半时效果最佳。
[0027]应用中可W通过调节AA0的孔径、占空比、槽深等参数来改变背反射器的效果。图 5给出了最佳AA0纳米光栅结构参数下吸收谱线增强模拟图。由图5可知，背反射器的加入 有效的提高了太阳能电池的光吸收效率。
[002引工艺流程
[0029] 带有AA0纳米光栅的太阳能电池背发射器制备工艺流程如图4所示。首先在透 明导电IT0上采用真空锻膜或磁控姗射的方法锻银背反射层，然后在银上锻一层厚度小于1阳厚的铅膜，而后采用二次阳极氧化技术，通过控制电解质种类、氧化时间和电压，制备所 需的AA0纳米光栅。
【主权项】
1. 一种实用新型太阳能电池背反射器，在太阳能电池底部，由AAO纳米光栅、银背反射 层、ITO导电玻璃三层结构组成。2. 根据权利要求1所述的太阳能电池背反射器，其特征是将Ag镀在ITO上，Ag的厚度 不得小于30nm。3. 根据权利要求1所述的太阳能电池背反射器，AAO纳米光栅是通过两步阳极氧化得 至IJ，为实现超薄AAO的制备，Ag反射层上的铝膜厚度不超过Iym。4. 根据权利要求1所述的太阳能背反射器，其特点是AAO尺寸可调节，在制备过程中要 求按照说明书中的尺寸制备AAO纳米光栅。5. 根据权利要求1-4所述的太阳能电池背反射器，其特征是可用于多晶硅、单晶硅、薄 膜硅等多种太阳能电池。6. 根据1-4所述的太阳能电池背反射器，要根据不同工作材料的禁带波长，设计AAO纳 米光栅结构参数，其数学表达式为：P=Xg /nSi，h=Xg/4nSi，€=0. 5。
【专利摘要】本发明提出将AAO模板作为纳米光栅引入到薄膜硅太阳能电池结构中，设计制备了一种新型带有AAO纳米光栅结构的太阳能电池背反射器。该反射器由银背反射层、AAO纳米光栅、ITO导电玻璃三层结构组成。根据光栅方程，设计分析了AAO最佳结构参数。该反射器可有效延长太阳能电池内部的光程，提高长波长光子的利用率，进而提高太阳能电池的光电转换效率。该反射器制作工艺简单、成本低廉、有利于批量生产。
【IPC分类】H01L31/054
【公开号】CN104900742
【申请号】CN201410081457
【发明人】张海明, 秦飞飞, 王旭, 王彩霞
【申请人】天津工业大学
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2014年3月3日