一种等离子体薄膜太阳能电池的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及太阳能电池。更具体地，涉及一种等离子体薄膜太阳能电池。
【背景技术】
[0002] 太阳能电池按照材料厚度分类可以分为晶体硅太阳能电池和薄膜太阳能电池。晶 体硅太阳能电池的厚度大约50~300微米，薄膜太阳能电池的厚度只有几微米，因此即节 省了资源，又降低成本，并可以制作成柔性，大面积。但因其薄层的晶体光电材料，吸收太阳 光则较差，因为大部分光能会透过电池，不能被转化为电能。如果增加工作层的厚度，分离 的正负电荷又倾向于在移动过程中重新合并，难以到达两侧电极。采用等离子体技术可以 拟补出现的不足，当一束光照射到金属纳米颗粒上时，与光的波长相比，颗粒的尺寸要小得 多，所以金属纳米颗粒的电子将会随着光波的振动而发生位移，造成电子云的往复偏移，这 样电子就得到了一部分光能，同时也能够将光线束缚在自身结构周围内。也就是说，金属纳 米颗粒以及纳米结构，可以很好地束缚、增强，并且限制光能的传播。通过光和纳米结构的 相互作用，来促进光能的吸收和转化。
[0003] 现有的利用金属纳米粒子的等离子体薄膜太阳能电池技术，仅仅在薄膜表面镀一 层无规则的金属粒子，没有对金属粒子具体尺度进行要求，由于金属纳米粒子大小、形状、 密度都会对等离子体产生的机制有关键性的影响，进而影响到薄膜太阳能电池的光电转换 效率。
[0004] 因此，需要提供一种等离子体薄膜太阳能电池。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种等离子体薄膜太阳能电池，对薄膜太阳能电池表面沉 积的金属纳米粒子的尺寸、形状、排布进行设定，进而提高薄膜太阳能电池的光电转换效 率。
[0006] 为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：
[0007] 一种等离子体薄膜太阳能电池，该太阳能电池包括：
[0008] 第一电极层，位于第一电极层下方且与第一电极层紧密接触的金属氧化物层，夹 置于金属氧化物层中间且与金属氧化物层紧密接触的金属粒子层，位于金属氧化物层下方 且与金属氧化物层紧密接触的硅吸收层，位于硅吸收层下方且与硅吸收层紧密接触的电子 传输层，位于电子传输层下方且与电子传输层紧密接触的第二电极层；
[0009] 金属粒子层采用银粒子，银粒子的形状为圆柱形，银粒子以120nm的间距二维周 期阵列排布，所述银粒子的半径为40nm、70nm或llOnm，对应的高度为45nm、70nm或110nm〇 [0010] 优选地，第一电极层和第二电极层均采用透明导电石英玻璃材质。
[0011] 优选地，金属氧化物层采用锡、铟、锌或三者以任意比例掺杂的材质。
[0012] 优选地，娃吸收层采用单晶娃材质，且娃吸收层厚度为500nm。
[0013] 优选地，电子传输层米用氧化钛材质。
[0014] 本发明的有益效果如下：
[0015] 本发明所述技术方案采用单晶硅作为，在吸收层上方设有圆柱形银粒子，且半径、 高度及阵列间距进行设定，使得光通过银纳米粒子产生的表面等离子体效应增强了光的吸 收，使吸收层的光电流增加；同时，各个层数顺序布置不影响该器件串联电阻、开路电压、填 充因子等电学性质，保证了器件的暗电流特性、开路电压、填充因子等参数保持不变，有效 的提高了薄膜太阳能光电转换效率。
【附图说明】
[0016] 下面结合附图对本发明的【具体实施方式】作进一步详细的说明。
[0017] 图1示出等离子体薄膜太阳能电池结构示意图。
[0018] 图2示出等离子体薄膜太阳能电池与无金属离子层所得到光吸收效率对比图。
【具体实施方式】
[0019] 为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说 明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具 体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
[0020] 如图1所示，本实施例提供的等离子体薄膜太阳能电池包括：
[0021] 第一电极层1，位于第一电极层1下方且与第一电极层1紧密接触的金属氧化物层 3,夹置于金属氧化物层3中间且与金属氧化物层3紧密接触的金属粒子层2,位于金属氧化 物层3下方且与金属氧化物层3紧密接触的硅吸收层4,位于硅吸收层4下方且与硅吸收层 4紧密接触的电子传输层5,位于电子传输层5下方且与电子传输层5紧密接触的第二电极 层6,该等离子体薄膜太阳能电池的边缘密封；
[0022] 其中
[0023] 第一电极层1和第二电极层6均采用透明导电石英玻璃材质；
[0024] 金属粒子层2的金属粒子采用银粒子，银粒子的形状为圆柱形，银粒子以120nm的 间距二维周期阵列排布，银粒子的半径为40nm、70nm或llOnm，对应的高度为45nm、70nm或 llOnm，本实施例选择的方案为圆柱形银粒子的半径r为70nm、高度为70nm;
[0025] 金属氧化物层3采用锡、铟、锌或三者以任意比例掺杂的材质；
[0026] 娃吸收层4采用单晶娃材质，且娃吸收层厚度为500nm，长度根据实际需求设定；
[0027] 电子传输层5米用氧化钛材质。
[0028] 当阳光照射到薄膜太阳能电池表面时，光从透明第一电极层1穿透到圆柱形银粒 子上，入射光子与金属纳米材料表面的自由电子相互作用，产生表面等离子体激元，对光产 生强烈的散射作用：（1)当光照射到金属纳米颗粒时，金属纳米颗粒会产生表面等离子体， 进而使局域共振的场引起增强；（2)当光照射到金属颗粒时，金属纳米颗粒会产生共振前 向散射，进而增大有源介质所俘获光的光程。散射光由置于下方的硅吸收层4吸收，在半导 体P_n结的光生伏特效应下，实现光电转换，转换之后得到的电子由位于硅吸收层4下方的 电子传输层5传递到第二电极层6,完成由光变电的工作过程，经过检测计算确定吸收增益 达到1.5倍。以下为吸收增益计算公式：
[0029]
[0030] 公式（a)中QE(A)是量子效率，公式（a)代表的是在特定波长下，纳米颗粒所吸 收的光子数与入射光子数的比值。
[0034] 公式（c)中g(X)是在特定波长下，吸收材料在有、无金属纳米颗粒的吸收光强 比，将有无金属纳米颗粒两种情况下，G为太阳能电池对于AM1. 5太阳能光谱吸收效率的 比，IQE是对波长积分后的太阳光谱的综合量子效率，所以式（d)中G即为综合量子效率之 比，即本实施例的薄膜太阳能电池吸收增益。
[0035] 图2示出本实施例与现有技术中无金属粒子层所得到的光吸收效率对比图，从图 中可以看出在可见光范围内，放置圆柱形银纳米粒子的硅吸收光强整体上大于无银纳米粒 子的硅吸收强度。从而，进一步证明本实施例能够大幅提高太阳能电池的光吸收率，从而提 高光电转化效率。
[0036] 显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对 本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可 以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发 明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
【主权项】
1. 一种等离子体薄膜太阳能电池，其特征在于，该太阳能电池包括： 第一电极层，位于第一电极层下方且与第一电极层紧密接触的金属氧化物层，夹置于 金属氧化物层中间且与金属氧化物层紧密接触的金属粒子层，位于金属氧化物层下方且与 金属氧化物层紧密接触的硅吸收层，位于硅吸收层下方且与硅吸收层紧密接触的电子传输 层，位于电子传输层下方且与电子传输层紧密接触的第二电极层； 所述金属粒子层采用银粒子，所述银粒子的形状为圆柱形，所述银粒子以120nm的间 距二维周期阵列排布，所述银粒子的半径为40nm、70nm或llOnm，对应的高度为45nm、70nm 或IlOnm02. 根据权利要求1所述的等离子体薄膜太阳能电池，其特征在于，所述第一电极层和 第二电极层均采用透明导电石英玻璃材质。3. 根据权利要求1所述的等离子体薄膜太阳能电池，其特征在于，所述金属氧化物层 采用锡、铟、锌或三者以任意比例掺杂的材质。4. 根据权利要求1所述的等离子体薄膜太阳能电池，其特征在于，所述硅吸收层采用 单晶娃材质，且所述娃吸收层厚度为500nm。5. 根据权利要求1所述的等离子体薄膜太阳能电池，其特征在于，所述电子传输层采 用氧化钛材质。
【专利摘要】本发明公开一种等离子体薄膜太阳能电池，该太阳能电池由上至下依次包括：第一电极层，金属氧化物层，硅吸收层，电子传输层，第二电极层，金属氧化物层中间夹置金属粒子层；各层之间紧密接触；金属粒子层采用银粒子，银粒子的形状为圆柱形，所述银粒子以120nm的间距二维周期阵列排布，银粒子的半径为40nm、70nm或110nm，对应的高度为45nm、70nm或110nm。本发明所述技术方案增强了对光的吸收，有效的提高了薄膜太阳能光电转换效率。
【IPC分类】H01L31/0216
【公开号】CN104934487
【申请号】CN201510253698
【发明人】韩晓东
【申请人】吉林省创合机械制造有限公司
【公开日】2015年9月23日
【申请日】2015年5月19日