[发明专利]在硅太阳电池表面附着硅纳米颗粒薄膜的方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及光电材料领域，尤其涉及一种为提高硅太阳电池效率而在其表面附着硅纳米颗粒薄膜的方法及装置。

背景技术

随着全球经济的发展，能源的消耗急剧增长。在当前，绝大多数能源是通过燃烧化石燃料获得的。化石燃料的巨量使用所导致的大量二氧化碳等气体排放正在造成日益严重的社会环境问题。因此，各种可再生能源的开发利用受到了国际社会越来越大的重视。在各种可再生能源中，太阳能以其取之不尽、用之不竭、无污染、便利等特点成为了重点发展的对象。太阳能的利用主要包括光热和光伏两大类，其中光伏发电以其高效、系统简洁、长寿命、维护简单而备受青睐，成为了太阳能利用的主流技术。在各国政府的政策支撑下，全球太阳能光伏产业在过去的十年里保持了高速增长。太阳能光伏产业已经被认为是继微电子产业之后驱动全球经济发展最主要的产业之一。

太阳能光伏产业中的核心是太阳电池。目前，90％以上的太阳电池是利用硅材料来制造的。硅太阳电池的高成本是阻碍太阳能光伏发电全面推广的根本原因。为了降低硅太阳电池的成本，人们一般采取两条途径。一是减少硅太阳电池的制作成本，主要是尽量减少硅材料的用量；二是利用新的制作工艺提高硅太阳电池的效率。不久前，Stupca等(Enhancement ofpolycrystalline silicon solar cells using ultrathin films of silicon nanoparticle，Applied Physics Letters 91，063107(2007))报道了通过在硅太阳电池表面覆盖硅纳米颗粒薄膜以提高硅太阳电池效率的工艺。在他们的工艺中，硅纳米颗粒是通过电化学腐蚀硅片而获得的，硅纳米颗粒随后被分散在有机溶剂中，然后他们把所得溶液滴在硅太阳电池表面，在有机溶剂挥发后得到硅纳米颗粒薄膜。尽管他们观察到硅太阳电池在表面被覆盖了硅纳米颗粒薄膜后效率提高了，但是他们的工艺难以显著降低硅太阳电池的成本。其主要原因在于：(1)通过电化学腐蚀硅片来获得硅纳米颗粒的产率低，成本高；(2)通过点滴硅纳米颗粒溶液来形成硅纳米颗粒薄膜的方式不适宜工业化生产。显然，为了充分发挥硅纳米颗粒薄膜对硅太阳电池效率的改善作用，有必要开发出基于硅纳米颗粒的新工艺方案。

发明内容

本发明提供一种成本低和工艺简单的在硅太阳电池表面附着硅纳米颗粒薄膜的方法。

一种在硅太阳电池表面附着硅纳米颗粒薄膜的方法，使硅纳米颗粒形成硅纳米颗粒束，硅纳米颗粒束扫描并附着在硅太阳电池表面形成均匀的硅纳米颗粒薄膜。

使硅纳米颗粒形成硅纳米颗粒束的主要思路是驱动硅纳米颗粒通过一喷射孔或缝隙以形成硅纳米颗粒束，至于驱动硅纳米颗粒的方式可以利用气压差产生的气流。

本发明利用真空产生的气压差使硅纳米颗粒通过一喷射孔喷射形成硅纳米颗粒束，真空产生的气压差驱动硅纳米颗粒成本低、便于控制，不会引入其他杂质。

为保证硅纳米颗粒束通过并且便于控制流量，喷射孔孔径优选为0.5～6mm。喷射孔为圆形时孔径即其直径，喷射孔为其他形状时，其最短边也应该在0.5～6mm范围内。

所述的硅太阳电池(附着硅纳米颗粒薄膜之前)可以是利用现有通用技术制得的各种硅太阳电池，一般其表面为栅状金属电极和减反射膜。

为了在硅太阳电池表面形成均匀的硅纳米颗粒薄膜，硅纳米颗粒束扫描(喷射并与硅太阳电池表面接触、附着的过程)硅太阳电池表面时，通过移动硅太阳电池使硅太阳电池表面的每一处都接收到硅纳米颗粒束扫描，才能形成厚度均匀的硅纳米颗粒薄膜。

所述的硅纳米颗粒薄膜的厚度为2-100纳米，厚度可以通过硅纳米颗粒流量与扫描时间计算而得，也可以通过检测设备在线控制。

为了使硅纳米颗粒能够附着在硅太阳电池表面，并具有优异的性能，所述的硅纳米颗粒的平均尺寸为1-10纳米，硅纳米颗粒尺寸分布的标准偏差小于平均尺寸的20％。

采用真空产生的气压差驱动硅纳米颗粒，使喷射孔两侧的真空度不同，喷射孔出口一侧的压强一般小于50Pa，而进口一侧的压强至少为出口一侧的10倍。为了保证硅纳米颗粒束沿既定方向接触硅太阳电池表面，所述的硅太阳电池表面与喷射孔的距离不能太大，一般1-5cm。硅纳米颗粒到达硅太阳电池表面时具有极超音速度，它们通过惯性碰撞而附着在硅太阳电池表面。