一种晶体硅系太阳能电池及其表面纳米复合结构制备方法与流程

文档序号：11956190阅读：281来源：国知局

本发明涉及太阳能电池技术领域，具体为一种晶体硅系太阳能电池及其表面纳米复合结构制备方法。

背景技术：

近来，随着研究和生产技术的发展，太阳能电池将在传统能源领域发挥重大作用。现在的市场主要有硅系太阳能电池、多元化合物薄膜太阳能电池以及有机染料敏化太阳能电池等。其中硅系太阳能电池因其在原材料储备方面的优势而成为太阳能电池的主导产品，保持了80％以上的市场占有率。与其他类型的太阳能电池相比，其科研和生产已经相对成熟和稳定，光电转换效率较高，在未来几年间，全球各国光伏发电的巨大需求将促使硅系太阳能电池的发展势头将会保持强劲而不会发生逆转。尽管硅系太阳能电池有诸多优势，但硅材料价格相对较高，这使其在价格方面处于较为弱势的地位。因此，为提高硅系太阳能电池的竞争力，提高其光电转换效率是其中最为直接的一种方式，在硅系太阳能电池中引入纳米颗粒，利用纳米颗粒的量子尺寸效应提高入射光子的捕获，提高太阳能电池对光的利用率，有助于提高电池的光电转换效率，可以有效降低成本。因此，利用纳米颗粒的量子尺寸效应来提高硅系太阳能电池的转换效率成为当今研究太阳能电池的一个热门话题。

现今，达到提高光捕获的一种有效方式就是在硅系太阳能电池界面加入纳米结构，例如纳米颗粒、纳米线、纳米坑等，通常采用的方法是磁控溅射、化学沉积或热蒸发再退火的方法在硅系太阳能电池界面形成金属颗粒，这些金属颗粒就作为光的捕获机制使硅基薄膜太阳能电池光吸收提高。但是这些方法操作比较繁琐，工艺温度较高，与产业匹配灵活性较差，并且有可能在硅系电池的界面引入缺陷，降低效率，这都有可能会影响硅基太阳能电池的未来发展。现有的纳米颗粒的制备方法是在高温下使富金属氧化物或氮化物等化合物出现相分离，这种合成方法需要退火，高温退火时会产生很多问题。比如，过高温度不适用于大多衬底材料，所以不利于器件制造；另外高温退火工艺增加能耗，提高成本。而且采用溶液法制备的纳米颗粒，需要进行喷雾操作，其中无法保证电池的洁净，也无法避免溶液残留或者空气中杂质污染，电池质量低。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种晶体硅系太阳能电池及其表面纳米复合结构制备方法，方法简单，能够一步合成，成本低廉，质量高，能够显著提高电池的性能。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种晶体硅系太阳能电池的表面纳米复合结构制备方法，在晶体硅系太阳能电池表面已有结构上利用等离子体增强化学气相沉积方法制备金属纳米颗粒。

优选的，等离子体增强化学气相沉积方法制备的金属纳米颗粒尺寸在1纳米到500纳米之间。

优选的，金属纳米颗粒为锗纳米颗粒。

优选的，等离子体增强化学气相沉积方法使用的前躯体气体包括锗烷和氢气。

优选的，等离子体增强化学气相沉积金属纳米颗的沉积温度200-300℃。

优选的，等离子体增强化学气相沉积使用直流电源或交流电源，使用交流电源时，其频率在100Hz–100MHz之间。

优选的，等离子体增强化学气相沉积方法制备金属纳米颗粒时包括如下的步骤：

步骤1，在锗烷和氢气气氛下沉积锗纳米颗粒；

步骤2，保持与步骤1相同的沉积功率，在氢气气氛中，通过氢等离子体对锗纳米颗粒进行表面修饰。

进一步，表面修饰形成纳米尺度质构。

一种晶体硅系太阳能电池，晶体硅系太阳能电池的表面由以上所述的任意一种方法制备得到的纳米复合结构。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)通过气体的等离子放电产生活性基团来促进纳米金属颗粒生成的反应，纳米金属颗粒一步合成，并能够均匀的将其布置在晶体硅表面，通过优化锗量子点的沉积时间、沉积温度以及氢稀释比，使沉积工艺组合达到左右。最优沉积工艺下得到锗量子点，经氢等离子体处理，钝化锗量子点表面悬挂键，修饰表面形貌，使其分散均匀。本方法能显著降低锗量子制备温度，使其原本需要在高温下进行反应可以在较低温度下进行且无需退火处理，适合在低温条件下制备大面积的晶体硅系电池。并在真空条件下完成对硅系太阳能电池的制备，避免了其它杂质对电池的污染，不仅原料较易获得，成本低，操作简单，产品质量较高，适用于工业化生产，而且能够通过调节反应气体流量比来控制金属纳米颗粒的大小，简化制备装置，提高生产效率。

进一步的，锗金属颗粒直径达到纳米级别形成量子点时，量子限域效应产生，利用激子波尔半径和振动波长较大的锗量子点，调节粒径和颗粒间的尺寸，使得量子点作为器件的光吸收中心，增加太阳能电池的光利用率，提高电池的短路电流，提高电池效率。

附图说明

图1为本发明实例1中晶体硅系太阳能电池表面的截面示意图。

图2为本发明实例1中硅系太阳能电池表面纳米颗粒结构的透射电子显微镜图像。

图3为本发明实例1中所述的硅系太阳能电池表面的锗纳米颗粒的X射线光电子能谱。

图4为本发明实例1中所述的晶体硅系太阳能电池量子效率图。

图中，1为金属纳米颗粒，2为晶体硅系太阳能电池已有结构。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

实施例1

一种晶体硅系太阳能电池的表面纳米复合结构制备方法，在晶体硅系太阳能电池表面已有结构2上利用等离子体增强化学气相沉积方法制备金属纳米颗粒1。具体包括如下步骤：

将晶体硅系太阳能电池表面已有结构2放入PECVD(等离子体增强化学气相沉积)腔室中，气源分别为锗烷和氢气，锗烷气体流量100sccm，氢气气体流量2sccm，从而锗金属纳米颗粒的氢气稀释比为100：2，沉积时间30s，沉积温度200℃，沉积功率80W，等离子体增强化学气相沉积使用交流电源，其频率为20MHz，得到晶体硅系太阳能电池表面的金属纳米颗粒1的直径为3纳米。并保持相同的沉积功率，在氢气气氛中，通过氢等离子体对锗纳米颗粒进行表面修饰，形成纳米尺度质构。