专利名称：一种等离子体薄膜太阳能电池增效方法
技术领域：
本发明涉及一种用于制备高效薄膜太阳能电池的方法，特别是一种等离子体薄膜 太阳能电池的增效方法
背景技术：
由于硅是一种间接带隙半导体材料，因此硅基的太阳能电池对长波段光的吸收较 弱，为了提高电池效率，通常需要增强硅基体对光的吸收。对于硅块体的太阳能电池来说， 现有技术中通常采用金字塔型的结构来增强吸收、降低光的反射。但是金字塔结构的尺寸 一般在lOum左右，所以对于厚度只有1 2um的薄膜电池而言，这种结构并不适用。因此 需要采用新的技术手段来解决这个问题。方法之一就是等离子体薄膜太阳能电池，即通过 在薄膜太阳能电池片表面蒸镀金属纳米颗粒，利用其对入射太阳光的散射来达到对光的限 制，从而增强太阳能电池片对光的吸收。S.Pillai等人通过在1.25um厚的硅片上沉积银 的方法，将光电流提高了 30% (J.Appl.Phys. 101，093105，2007)。Keisuke Nakamura 则通 过阳极氧化铝(AA0)模板法在GaAs上沉积了银纳米颗粒，将短路电流提高了 8% (Appl. Phys. Lett. 93，121904,2008)。此外，已经有关于通过该种办法提高GaN基以及有机薄膜太 阳能电池的发电效率的相关报道。但是至今为止，还没有人就纳米颗粒的尺寸对薄膜电池 效率的影响进行深入的研究。K. R. Catchpole在2008年曾就金属颗粒的尺寸大小对薄膜 太阳能电池的影响进行了理论计算，他们认为金属颗粒在lOOnm左右时能够获得最优的效 果。目前现有的研究结果均表明，通过简单的工艺或方法制备的金属纳米颗粒尺寸是不可 控的，而制备尺寸可控的或者是最优化的金属纳米颗粒( lOOnm)则需要较为昂贵的设备 或者较为复杂的工艺。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种简单有效的控制太阳能电 池板上沉积的金属纳米颗粒大小的办法，获得最优的金属颗粒尺寸( lOOnm)，从而获得 高效的等离子体薄膜太阳能电池。一种等离子体薄膜太阳能电池增效方法，包括以下步骤1)通过薄膜沉积的方法在太阳能电池片上沉积一层金属薄膜；2)将沉积了金属薄膜的太阳能电池板送入退火炉中退火；3)退火后，在所述金属薄膜上再沉积一层钝化层。进一步，所述太阳能电池片的材质为硅薄膜，GaAs基薄膜电池，GaN基薄膜电池、 CdTe基薄膜电池以及有机薄膜太阳能电池和染料敏化电池。进一步，所述步骤1)中的金属薄膜沉积方法为热蒸发、磁控溅射或电子束蒸发 法。进一步，所述步骤1)中金属薄膜的材质为金、银、铜、钼中的一种或者其合金。进一步，所述步骤2)具体为沉积后将太阳能电池板送入退火炉中退火；退火温度为100 300°C，退火时间为10 60分钟。进一步，所述步骤3)中的钝化层材质为SiOx，Ti02或&02 ；钝化层保护金属薄膜 层中的金属纳米颗粒，防止其被氧化，以实现较长的使用寿命。进一步，所述步骤3)中的钝化层沉积方法为热蒸发法、磁控溅射法或电子束蒸 发法。进一步，所述步骤3)中的钝化层沉积厚度为3nm-10nm。本发明的有益效果为通过在薄膜太阳能电池片上沉积金属层，不需要采用模板 法，通过简单的低温退火工艺即可获得尺寸均一可控的金属纳米颗粒；同时可以获得最优 化的纳米尺寸，从而获得最优化的等离子体增效的薄膜太阳能电池。
图1为本发明实施例1中太阳能电池板的结构示意图。图2为本发明实施例1获得的银纳米颗粒表面。图3为本发明实施例2获得的银纳米颗粒表面。图4为本发明实施例3制备的30nm银薄膜层。图5为本发明实施例3获得的银纳米颗粒表面。
具体实施例方式下面结合本发明的制备方法和附图对本发明进行详细说明如图1中所示的太阳能电池板，其制备方法为首先，通过薄膜沉积的方法，例如 热蒸发，磁控溅射，电子束蒸发等金属薄膜的物理沉积方法，在太阳能电池片1上沉积一层 金属薄膜2，所沉积的金属可为钼、金、银、铜中的一种或者上述金属的合金。沉积后，将太阳 能电池板送入退火炉中在氮气保护下进行退火，在100 300°C温度下退火10 60分钟， 可得到由尺寸范围为10nm-150nm的金属纳米颗粒构成的金属膜。随后在纳米金属膜上再 沉积一层3nm-10nm的钝化层3，该钝化层3的材质为SiOx，Ti02或&02。钝化层3的作用 为保护金属薄膜2中的金属纳米颗粒，防止其被氧化，以实现较长的使用寿命。钝化层3 与金属薄膜2采用相同的薄膜沉积方法制备。上述太阳能电池板的材质为硅薄膜，GaAs基薄膜电池，GaN基薄膜电池、CdTe基 薄膜电池以及有机薄膜太阳能电池和染料敏化电池等其它薄膜电池。实施例1如图1所示，在硅薄膜太阳能电池片1上，通过热蒸发方法沉积一层厚度为lOnm 的银薄膜；在退火炉中通入氮气进行保护，在200°C下退火，退火时间为20分钟，获得纳米 颗粒层2，再采用磁控溅射的方法在纳米颗粒表面沉积一层3nm的SiOx钝化层3。得到的 银纳米颗粒的尺寸范围为lOmiHBOnm，如图2所示。实施例2将实施例1中的银薄膜厚度改成20nm，退火时间改成30min，得到银纳米颗粒的尺 寸范围为30-50nm，如图3所示。实施例3如图4所示，将实施例1中的银薄膜厚度改成30nm，退火温度改成250°C，退火时间改成30min，获得的纳米颗粒大小为lOOnm左右，如图5所示。本发明中所限定的限制金属纳米颗粒大小的方法不仅仅应用在增强太阳能电池 板的工作效率上，还可以应用于需要控制金属纳米颗粒大小的其它领域中。需要指出的是本发明的保护范围不限于上述的实施例。根据本发明的具体实施方 式所做出的任何变形，均不脱离本发明的精神以及权利要求记载的范围。
权利要求
一种等离子体薄膜太阳能电池增效方法，包括以下步骤1)通过薄膜沉积的方法在太阳能电池片上沉积一层金属薄膜；2)将沉积了金属薄膜的太阳能电池板送入退火炉中退火；3)退火后，在所述金属薄膜上再沉积一层钝化层。
2.根据权利要求1中所述一种等离子体薄膜太阳能电池增效方法，其特征为所述太 阳能电池片的材质为硅薄膜，GaAs基薄膜电池，GaN基薄膜电池、CdTe基薄膜电池以及有 机薄膜太阳能电池和染料敏化电池。
3.根据权利要求1中所述一种等离子体薄膜太阳能电池增效方法，其特征为所述步 骤1)中的金属薄膜沉积方法为热蒸发、磁控溅射或电子束蒸发法。
4.根据权利要求1中所述一种等离子体薄膜太阳能电池增效方法，其特征为所述步 骤1)中金属薄膜的材质为金、银、铜、钼中的一种或者其合金。
5.根据权利要求1中所述一种等离子体薄膜太阳能电池增效方法，其特征为所述步 骤2)具体为沉积后将太阳能电池板送入退火炉中退火；退火温度为100 300°C，退火 时间为10 60分钟。
6.根据权利要求1中所述一种等离子体薄膜太阳能电池增效方法，其特征为所述步 骤3)中的钝化层材质为SiOx，TiO2或&02 ；钝化层保护金属薄膜层中的金属纳米颗粒，防 止其被氧化，以实现较长的使用寿命。
7.根据权利要求1中所述一种等离子体薄膜太阳能电池增效方法，其特征为所述步 骤3)中的钝化层沉积方法为热蒸发法、磁控溅射法或电子束蒸发法。
8.根据权利要求1中所述一种等离子体薄膜太阳能电池增效方法，其特征为所述步 骤3)中的钝化层沉积厚度为3nm-10nm。
全文摘要
一种等离子体薄膜太阳能电池增效方法，包括以下步骤1)通过薄膜沉积的方法在太阳能电池片上沉积一层金属层；2)沉积后将太阳能电池板送入退火炉中退火；3)随后在纳米金属膜上再沉积一层钝化层。通过在薄膜太阳能电池片上沉积金属层，不需要采用模板法，通过简单的低温退火工艺即可获得尺寸均一可控的金属纳米颗粒；同时可以获得最优化的纳米尺寸，从而获得最优化的等离子体增效的薄膜太阳能电池。
文档编号H01G9/20GK101937939SQ20101024336
公开日2011年1月5日 申请日期2010年8月2日 优先权日2010年8月2日
发明者侯尧楠, 刘尧平, 杜小龙, 梅增霞 申请人:中国科学院物理研究所