[发明专利]一种高效太阳能电池陷光结构及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高效太阳能电池陷光结构及其制作方法。

背景技术

太阳电池是太阳能利用的最主要形式，且因太阳能具有储量丰富、清洁、覆盖面广等特点，所以太阳电池也被认为是最具潜力的新能源形式。目前，已开发出多种形式的太阳电池，且部分已产业化，但多数仍处于实验室研制阶段。从目前各种太阳电池的研究方向看，光电转换效率仍是这一领域最为关注的重要问题，因为它是决定电池成本的主要因素，是各类电池间相互竞争的关键参数，所以一直以来都是太阳电池最重要的研究内容之一。

目前，人们已提出多种有效方法来提高电池的光电转换效率，如层叠异质结结构，量子点结构、波长转换结构和陷光结构等。

其中陷光结构可分为如下几类：

1、上表面织构化设计。通常采用“V型槽”、“倒金字塔”或“金字塔”结构，这些结构可以将下表面反射来的光，重新反射回电池内部，如新南威尔士大学（UNSW）开发出发射结钝化电池、斯坦福大学的背面点接触电池和德国弗劳恩霍夫应用研究促进协会（Fraunhofer）太阳能研究所的深结局部背场电池等。对电池上表面进行形貌构造，增强陷光效果，几乎是所有高效电池的基本结构之一。基于成本考虑，目前成熟产品采用的上表面陷光结构是经化学腐蚀形成的“金字塔”结构。

2、下表面反射结构设计。下表面常采用金属膜反射镜或其它材料构成全反膜结构、“倒金字塔”结构、光栅结构等，来减小光的底面泄露。如UNSW开发出发射结钝化电池和斯坦福大学的背面点接触电池，均采用铝膜作为反射镜；2010年上海理工大学报道了在下表面采用光栅结构进行陷光的实验结果等。这些下表面的反射结构中，比较常用的是金属或其它材料构成的全反射膜结构。

上述陷光结构的作用是：通过光程的控制，延长了光与吸光材料的反应时间。但陷光结构本身并不具备光场和光生载流子的管理作用，所以并不能达到最优的陷光效果。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种可提高入射到电池内部光场的光电转换效率的高效太阳能电池陷光结构及其制作方法，该结构不但起到了有效陷光的作用，而且对光场及其激发的光生载流子同时进行了有效的控制和管理，为充分利用入射光场和高效收集光生载流子提供了极为有利的条件，从而可使电池的光电转换效率最大化。

本发明的技术解决方案是：

一种高效太阳能电池陷光结构，包括太阳电池扩散片3，其特殊之处是在太阳电池扩散片3上设有多个柱形的二维光子晶体4，通过柱形的二维光子晶体4在太阳电池扩散片3上划分多个微区301，在太阳电池扩散片3上对应微区301的边缘处设埋栅电极并通过埋栅电极实现内部电极间的互联，在划分的微区301上设有微型半透镜6，所述的微型半透镜6形成阵列结构，在太阳电池扩散片3背面设有一维光子晶体全方向反射镜1，在微型半透镜6上设增透膜。

上述的微型半透镜6为单层或多层。

上述的微区301直径为太阳电池扩散片3中少子扩散长度的1～2倍。

上述的微型半透镜6直径为微区301直径的1～1.5倍。

上述的微区301直径为100mm～500mm。

上述的微型半透镜6呈三角晶格或正方晶格排列。

一种高效太阳能电池陷光结构的制备方法，其特殊之处是步骤如下：

1）芯片准备，取太阳电池扩散片，进行工艺参数测试；

2）在太阳电池扩散片上进行环形二维光子晶体的制作，通过二维光子晶体的完全带隙形成二维光子晶体全反镜，将太阳能电池扩散片划分成多个微区；

3）在太阳电池扩散片上制作埋栅电极；

4）在太阳电池扩散片背面制作一维光子晶体全向反射镜；

5）在太阳电池扩散片正面制作微型半透镜；

6）在微型半透镜上制作增透膜。

上述的微型半透镜为单层或多层。

上述的微区直径为太阳电池扩散片中少子扩散长度的1～2倍，所述的微型半透镜直径为微区直径的1～1.5倍。

上述的微区直径为100mm～500mm。

本发明主要采用常规半导体工艺和微光学器件加工工艺，如光刻、离子束刻蚀和薄膜沉积工艺实现太阳能电池陷光结构的制备。该结构具有以下有益效果：

1、 纵向光场管理和陷光