太阳能电池的制作方法

本实用新型涉及光伏组件技术领域，特别是指一种太阳能电池。

背景技术：

薄膜光伏太阳电池的研究已经逐步推向产业化，但是影响产业化进程的因素之一是如何进一步提高电池的光电转换效率。这一领域的研究除了要关注光伏材料本身的特性改善之外，重要的一点是如何利用更多的光。这方面的研究就涉及到太阳电池所关注的光管理工程，比如涉及到窄带隙材料、上转换材料以及关于表面等离子体激元的利用等。

在实现本实用新型过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：入射光在背电极反射的光较少，导致太阳能电池的光电转换效率较低。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型的目的在于提出一种太阳能电池，以解决光电转换效率较低的技术问题。

本实用新型实施例提供了一种太阳能电池，包括衬底基板、依次层叠在所述衬底基板上的背电极层、纳米颗粒反射层、吸收层、缓冲层、窗口层和导电层，所述纳米颗粒反射层用于反射进入所述背电极层的入射光。

在本实用新型的一些实施例中，所述纳米颗粒反射层包括银纳米颗粒阵列。

在本实用新型的一些实施例中，所述银纳米颗粒的粒径为10～100nm，间距为1～100nm。

在本实用新型的一些实施例中，所述银纳米颗粒的粒径为15～80nm，间距为5～60nm。

在本实用新型的一些实施例中，所述银纳米颗粒的粒径为20～40nm，间距为10～50nm。

在本实用新型的一些实施例中，所述背电极层为钼背电极层、掺铝的氧化锌背电极层或氧化铟锡背电极层。

在本实用新型的一些实施例中，所述吸收层为铜铟镓硒吸收层或碲化镉吸收层。

在本实用新型的一些实施例中，所述缓冲层为硫化镉缓冲层或硫化锌缓冲层。

在本实用新型的一些实施例中，所述窗口层为本征氧化锌窗口层。

由此可见，本实用新型实施例提供的太阳能电池通过在背电极层和吸收层之间增设纳米颗粒反射层，加强入射太阳光在太阳能电池背电极上的反射，达到对入射光线的二次利用，从而提高了太阳能电池的光电转换效率。而且，利用银纳米颗粒的表面等离子体激元效应，通过宏观手段操控纳米银颗粒阵列的微观生长，从而实现银纳米结构的形貌、直径以及颗粒间距操控，由此得到的反射层可以加强入射太阳光在太阳能电池背电极上的反射，达到对入射光线的二次利用，使得背电极层的反射率增加了20％以上。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例的太阳能电池的结构示意图；

图2为本实用新型实施例的银纳米颗粒反射层的扫描电子显微镜图。

图中：1-衬底基板，2-背电极层，3-纳米颗粒反射层，4-吸收层，5-缓冲层，6-窗口层，7-电极层。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

本实用新型的至少一个实施例提供了一种太阳能电池，该太阳能电池的结构示意图如图1所示，包括衬底基板1、依次层叠在所述衬底基板1上的背电极层2、纳米颗粒反射层3、吸收层4、缓冲层5、窗口层6和导电层7，所述纳米颗粒反射层用于反射进入所述背电极层的入射光。可见，本实用新型实施例通过在背电极层和吸收层之间增设纳米颗粒反射层，加强入射太阳光在太阳能电池背电极上的反射，达到对入射光线的二次利用，从而提高了太阳能电池的光电转换效率。

在本实用新型的又一个实施例中，所述纳米颗粒反射层2包括银纳米颗粒阵列。本实用新型实施例利用银纳米颗粒的表面等离子体激元效应，通过电化学生长的方法在背电极层表面生长银纳米颗粒，控制纳米银颗粒的大小，以及颗粒间的间距，加强入射太阳光在太阳能电池背电极上的反射，达到对入射光线的二次利用，从而提高电池转换效率。

可选地，所述银纳米颗粒的粒径为10～100nm，间距为1～100nm。规则均匀的银纳米颗粒阵列，能够产生表面等离子体激元效应，加强入射太阳光在太阳能电池背电极上的反射，达到对入射光线的二次利用，从而提高电池的光电转换效率。为了进一步提高电池的光电转换效率，优选地，所述银纳米颗粒的粒径为15～80nm，间距为5～60nm。为了进一步提高电池的光电转换效率，优选地，所述银纳米颗粒的粒径为20～40nm，间距为10～50nm。本实用新型实施例提供的太阳能电池可以使得背电极层的反射率增加20％以上。

本实用新型实施例的太阳能电池中，所述背电极层可以为金属背电极层，具体可以为Mo(钼)金属背电极层，也可以是非金属背电极层，具体可以为AZO背电极层(掺铝的氧化锌层，以AZO层的重量为基准，铝的含量为1.5～3重量％)或者ITO背电极层(氧化铟锡层，以ITO层的重量为基准，锡的含量为重量7～15重量％)；所述光吸收层可以为铜铟镓硒吸收层或碲化镉吸收层；所述缓冲层可以为CdS(硫化镉)缓冲层或ZnS(硫化锌)缓冲层；所述窗口层可以为i-ZnO(本征氧化锌)窗口层；所述导电层可以为透明导电层，具体可以为AZO导电层(掺铝的氧化锌层，以AZO层的重量为基准，铝的含量为1.5～3重量％)或ITO导电层(氧化铟锡层，以ITO层的重量为基准，锡的含量为重量7～15重量％)。

本实用新型实施例的太阳能电池中，对于衬底基板的种类没有特别的限定，可以为能够用于柔性薄膜电池的各种柔性衬底材料，优选情况下，柔性衬底为不锈钢衬底、钛衬底、钼衬底、铜衬底或聚酰亚胺衬底。

所述太阳能电池的制备方法可以包括以下步骤：

步骤101，提供衬底基板，在所述衬底基板上制备背电极层；

步骤102，在所述背电极层上制备纳米颗粒反射层；

步骤103，在所述纳米颗粒反射层上制备吸收层；

步骤104，在所述吸收层上制备缓冲层；

步骤105，在所述缓冲层上制备窗口层；

步骤106，在所述窗口层上制备导电层。

在本实用新型的实施例中，首先在衬底基板上制备背电极层，然后在所述背电极层上制备纳米颗粒反射层，接着在所述纳米颗粒反射层上制备吸收层，最后在所述纳米颗粒反射层上制备吸收层。另外，还可以进一步在所述吸收层上依次制备缓冲层、窗口层和导电层，从而得到如图2所示的太阳能电池。可见，本实用新型实施例通过在背电极层和吸收层之间增设纳米颗粒反射层，加强入射太阳光在太阳能电池背电极上的反射，达到对入射光线的二次利用，从而提高了太阳能电池的光电转换效率。

可选地，步骤102可以具体包括：将所述背电极层置于前驱体溶液中进行电化学生长，从而在所述背电极层上制备得到纳米颗粒反射层。本实用新型实施例利用银纳米颗粒的表面等离子体激元效应，通过电化学生长的方法在背电极层表面生长银纳米颗粒，控制纳米银颗粒的大小，以及颗粒间的间距，加强入射太阳光在太阳能电池背电极上的反射，达到对入射光线的二次利用，从而提高电池转换效率。

在本实用新型的一些实施例中，所述前驱体溶液包括可溶性银盐和络合剂。其中，所述可溶性银盐选自硝酸银、氟化银和高氯酸银中的至少一种；和/或，所述络合剂选自柠檬酸钠、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚乙二醇(PEG)、聚氧乙烯聚氧丙烯醚嵌段共聚物(F127)、乙二胺四乙酸(EDTA)和二乙基三胺五乙酸(DTPA)中的至少一种。可选地，所述可溶性银盐的摩尔浓度为0.01～0.2mM。优选地，所述可溶性银盐的摩尔浓度为0.05～0.1mM。可选地，所述络合剂的摩尔浓度为0.01～2mM。优选地，所述络合剂的摩尔浓度为0.1～1mM。可选地，所述电化学生长的成核电位为-0.2～-1.6V，成核时间为0～2000s，生长电位为-0.1～-0.6V，生长时间为0～7200s。优选地，所述电化学生长的成核电位为-0.6～-1.0V，成核时间为500～1000s，生长电位为-0.1～-0.3V，生长时间为900～3600s。

本实用新型实施例采用电化学沉积方法制备银纳米颗粒反射层，通过改变制备条件，主要是沉积过程中电化学参数以及各原料组分的配比，成功操控纳米结构形貌、粒径以及粒径间距。可选地，所述银纳米颗粒的粒径为10～100nm，间距为1～100nm，规则均匀的银纳米颗粒阵列，能够产生表面等离子体激元效应，加强入射太阳光在太阳能电池背电极上的反射，达到对入射光线的二次利用，从而提高电池的光电转换效率。为了进一步提高电池的光电转换效率，优选地，所述银纳米颗粒的粒径为15～80nm，间距为5～60nm。为了进一步提高电池的光电转换效率，优选地，所述银纳米颗粒的粒径为20～40nm，间距为10～50nm。

可选地，所述前驱体溶液还可以包括电解质，比如氯化钾、氯化钠、硝酸钾、硝酸钠等，所述电解质的摩尔浓度为0.01～2mM。优选地，所述电解质的摩尔浓度为0.1～1mM，以提高电化学生长效率。

因此，本实用新型实施例通过纳米银颗粒阵列的微观生长，实现了银纳米结构的形貌、直径以及颗粒间距操控，增强入射太阳光在太阳能电池背电极上的反射。

以下将通过实施例对本发明进行详细描述，但并不因此限制本发明。以下实施例中，如无特别说明，所用的各材料均可商购获得，所用的各方法均为本领域的常规方法。

实施例1

1)选择任意一种透明导电氧化物玻璃(比如TCO导电玻璃)作为衬底基板清洗干净；

2)在所述衬底基板上制备背电极层，比如Mo背电极层；

3)配置前驱体溶液，并进行超声溶解，其中所述前驱体溶液包括0.08mM硝酸银和0.5mM乙二胺四乙酸(EDTA)；

4)将背电极层放入装有所述前驱体溶液的电沉积反应池中进行电化学生长，从而在所述背电极层上制备得到纳米颗粒反射层。其中，成核电位为-0.6V，成核时间为100s，生长电位为-0.2V，生长时间为1200s。反应后结束后取出基底，先用去离子水冲洗纳米颗粒反射层，用氮气吹干所述纳米颗粒反射层。

5)在所述纳米颗粒反射层上制备吸收层，比如铜铟镓硒吸收层；

6)在所述吸收层上制备缓冲层，比如CdS缓冲层；

7)在所述缓冲层上制备窗口层，比如i-ZnO窗口层；

8)在所述窗口层上制备导电层，比如AZO导电层，从而制备得到如图2所示的太阳能电池。

实施例2

按照实施1的方法制备太阳能电池，不同的是：生长时间为2400s。

实施例3

按照实施1的方法制备太阳能电池，不同的是：络合剂为聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，生长时间为3000s。

实施例4

按照实施1的方法制备太阳能电池，不同的是：络合剂为聚乙二醇(PEG)，生长时间为3000s。

实施例5

按照实施1的方法制备太阳能电池，不同的是：络合剂为聚氧乙烯聚氧丙烯醚嵌段共聚物(F127)，生长时间为3000s。

对比例1

按照实施1的方法制备太阳能电池，不同的是：不制备纳米颗粒反射层，而是直接在背电极层上制备吸收层。

对比例2

按照实施1的方法制备太阳能电池，不同的是：前驱体溶液中不添加络合剂，生长时间为3000s。

通过扫描电子显微镜(SEM)表征其形貌，通过紫外分光光度计测试样品反射率以及透射率曲线。波长范围选择是依据薄膜(尤其为铜铟镓锡)以及晶硅类电池的主要吸收波长范围来确定，波长范围可以为：350-1300nm。反射率以及透射率数值是依据AM 1.5标准太阳光谱数据与实测透射光谱数据加权计算得到，如表1所示。

表1

通过表1可以看出，通过本发明实施例提供的制备方法制备得到的太阳能电池可以使得背电极层的反射率增加了20％以上。

图2(a)为空白AZO背电极层的扫描电镜图片(对比例1)；(b)为电沉积1200s，乙二胺四乙酸(EDTA)作为络合剂制备得到的银纳米颗粒阵列的扫描电镜图片(实施例1和2)；(c)为电沉积3000s，前驱体溶液中无络合剂的银纳米颗粒阵列的扫描电镜图片(对比例2)；(d)、(e)和(f)分别为电沉积3000s，聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚乙二醇(PEG)和聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯嵌段共聚物(F127)作为络合剂制备得到的银纳米颗粒阵列的扫描电镜图片(实施例3、4、5)。从图2中可以看出，(b)、(d)、(e)和(f)中出现了规则均匀的银纳米颗粒阵列，这些银纳米颗粒阵列能够产生表面等离子体激元效应，加强入射太阳光在太阳能电池背电极上的反射，达到对入射光线的二次利用，从而提高电池转换效率。

因此，本实用新型实施例提供的银纳米结构阵列能够在太阳能电池、发光二极管、化学传感器，生物检测等领域中展现出广泛的应用前景。

由此可见，本实用新型实施例提供的太阳能电池通过在背电极层和吸收层之间增设纳米颗粒反射层，加强入射太阳光在太阳能电池背电极上的反射，达到对入射光线的二次利用，从而提高了太阳能电池的光电转换效率。而且，利用银纳米颗粒的表面等离子体激元效应，通过宏观手段操控纳米银颗粒阵列的微观生长，从而实现银纳米结构的形貌、直径以及颗粒间距操控，由此得到的反射层可以加强入射太阳光在太阳能电池背电极上的反射，达到对入射光线的二次利用，使得背电极层的反射率增加了20％以上。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本实用新型的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，并存在如上所述的本实用新型的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。因此，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。