一种硅基薄膜太阳能电池及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于太阳能电池技术领域，具体涉及一种硅基薄膜太阳能电池及其制备方法。
【背景技术】
[0002]近来，随着研宄和生产技术的发展，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基太阳能电池、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。其中硅基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基太阳能电池的发展势头将会保持强劲而不会发生逆转。尽管硅基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，薄膜电池的发明极大地降低了原材料的成本。但是目前薄膜电池面临着效率较低且制备成本较大的问题。因此，提高薄膜电池的效率和光的利用率很是迫切，在薄膜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，从而可以使薄膜电池获得较高的效率，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基薄膜电池的转换效率成为当今研宄太阳能电池的一个热门话题。
[0003]PECVD(等离子体增强化学气相沉积)是通过工艺气体的等离子放电产生活性基团来促进薄膜生成的反应，能显著降低化学气相沉积(CVD)薄膜制备的温度，使某些原本需要在高温下进行的CVD镀膜反应可以在较低温度下进行，PECVD的主要优点是适合在低温条件下制备大面积的薄膜，可以制得优质的半导体薄膜和介质薄膜，近年来在薄膜太阳能电池、平板显示等领域获得了广泛的应用。
[0004]现今，达到提高光捕获的一种有效方式就是在硅基薄膜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基薄膜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，成本较高，并且会对薄膜电池的界面造成很大的伤害，使得缺陷增加，效率降低，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，首先，过高温度不适用于大多衬底材料，所以不利于器件制造；另外高温退火工艺也会增加能耗，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志的污染，电池质量低。
【发明内容】
[0005]针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种结构简单，转换效率高量子效率高，能够显著提高短路电流，开路电压没有明显降低，电池效率高的硅基薄膜太阳能电池及其制备方法。
[0006]本发明是通过以下技术方案来实现:
[0007]本发明一种硅基薄膜太阳能电池，包括在硅基薄膜太阳能电池p/i层或n/i层界面± 1nm范围内分布的金属纳米颗粒。
[0008]优选的，金属纳米颗粒的直径为2-1000纳米，颗粒间平均间距为10-10000纳米。
[0009]优选的，金属纳米颗粒的直径为5-100纳米，颗粒间平均间距为10-500纳米。
[0010]优选的，硅基薄膜太阳能电池包括呈层叠的基底、η层、i层、P层和ITO电极；11层厚度为5-50nm，i层厚度为150_3000nm，p层厚度为5_50nm，ITO厚度为40_500nmo
[0011]优选的，金属纳米颗粒为锗、金、银、铝、铂和钯中的至少一种。
[0012]优选的，基底采用金属箔、玻璃和塑料中的至少一种。
[0013]本发明一种硅基薄膜太阳能电池的制备方法，将基底在等离子增强化学气相沉积设备中，分步进行薄膜太阳能电池的η层、i层和P层沉积；并在电池的p/i层界面或者n/i层界面中制备金属纳米颗粒；最后沉积ITO电极得到硅基薄膜太阳能电池。
[0014]优选的，制备气体包含下列一种或几种:锗烧，硅烧，甲烧，氢气，硼烧，磷烷。
[0015]与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果:
[0016]本发明通过在硅基薄膜太阳能电池已有结构中，在其单个层间界面处加入金属纳米颗粒，通过金属纳米颗粒产生量子限域效应，使得薄膜电池的反射率下降，量子效率明显改善，短路电流密度提高了 9.5% ;同时在光照时金属纳米颗粒产生表面等离子体，该表面等离子体在硅基电池中被光激发形成激子，还大大增加了有此结构的硅基太阳能电池的效率。
[0017]进一步的，将纳米颗粒的直径控制在纳米级别，缩小了表面结构的尺寸，从而能够提高对陷光效应；其中纳米颗粒的直径过大或过小，薄膜电池的反射率和量子效率都会减小，只有控制纳米颗粒在合适的尺寸时，纳米颗粒能产生明显的量子限域效应，能够更好的满足的硅基薄膜太阳能电池的要求，提高对太阳光利用率，提高电池效率。当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，特别是锗量子点的激子波尔半径和振动波长较大，能较容易的产生量子限域效应，利用这一点，通过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。
[0018]进一步的，通过对不同金属的选择实现在不同光波波段上对量子效率的针对性增强。
[0019]本发明所述的制备方法，通过等离子增强化学气相沉积，也就是通过操作简单的CVD方法一步制得，并在真空条件下完成对薄膜电池的制备，避免了其他杂质对电池的污染，使硅基薄膜太阳能电池表面的界面结构发生变化从而降低硅基太阳能电池的反射率，从而提高太阳能电池的量子效率；不仅成本低，操作简单，质量较高，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；且原料成本便宜，容易获得，成本低廉，适用于工业化生产，能够简化制备装置，提高生产效率。
【附图说明】
[0020]图1为本发明实例I中硅基薄膜太阳能电池表面的截面示意图；其中:1为金属纳米颗粒，2为硅基薄膜太阳能电池的层状结构。
[0021]图2为本发明实例I中硅基薄膜太阳能电池表面纳米颗粒结构的透射电子显微镜图像；其中为金属纳米颗粒。
[0022]图3为本发明实例I中所述的硅基薄膜太阳能电池表面的锗纳米颗粒的X射线光电子能谱。
[0023]图4为硅基薄膜太阳能电池锗纳米颗粒在紫外光到可见光到近红外光的吸收比较图。
[0024]图5为本发明实例I中所述的硅基薄膜太阳能电池的量子效率图。
【具体实施方式】
[0025]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。
[0026]实施例1
[0027]一种硅基薄膜太阳能电池的制备方法，包括如下步骤:
[0028]I)电池基底的清洗:将基底放入专用的洗液中超声两个小时，然后在二次水中超声清洗半个小时，最后在超纯水中冲洗并干燥。本实例中采用的基底为不锈钢基底，洗液为不锈钢洗液。
[0029]基底能够采用金属箔制成，本优选实施例中以不锈钢为例进行代表；并且对较长基底，可采用卷对卷方式，让基底经过清洗系统，包括超声、机械、化学和等离子体系统等，有效实现对基底的清洗