[发明专利]包含纳米结构抗反膜的晶体硅太阳能电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种提高硅太阳能电池转化效率的办法，特别是包含纳米结构抗反膜的晶体硅太阳能电池及其制备方法，属于半导体材料应用领域。

背景技术

影响太阳能电池效率的主要因素主要包括光学损失和电学损失。其中光学损失主要包括电池前表面接触栅线的阴影损失，表面的反射损失以及长波段的非吸收损失.太阳光入射时，裸硅表面有高达30％以上的反射率，这会大大增加电池的光学损失。单层的氮化硅钝化和酸碱进行的硅片表面织构化结合是常见的工业上的制作方式，但是这种抗反膜只在很窄的光谱范围和很小的角度范围内能把反射率降得比较低。近年来，亚波长纳米结构制作的抗反膜引起了越来越多的关注。这种结构的特色是能在宽光谱范围和很大的角度范围内实现极低的反射率。但是这种方法的主要需要解决的是两方面问题：一方面是方法是否与现有的硅太阳能电池流程兼容，二是这种方法的成本如何。

发明内容

本发明为克服以上不足而提供一种包含纳米结构抗反膜的晶体硅太阳能电池，包括自下而上的金属背场与背电极、单晶硅基体、PN结有源层、抗反膜、及栅电极，其中，所述抗反膜有若干层，自下而上的抗反膜的折射率逐渐减小。

优选地，抗反膜为纳米结构的TiO₂膜，或由TiO₂膜和SiO₂膜混合而成。

优选地，抗反膜有2至5层。

优选地，每层抗反膜纳米棒的直径在10-200nm之间，孔隙率在0.1-0.9之间。

优选地，TiO₂膜的反射率为2.7到1.3之间，SiO₂膜的反射率为1.46-1.05之间。

本发明的另一个目的还在于，提供了一种包含纳米结构抗反膜的晶体硅太阳能电池的制备方法，包括斜角入射物理沉积法生成抗反膜，其特征在于，用以下方法在PN结有源层上依次沉积若干层抗反膜：

步骤1：将含有PN结有源层的单晶硅基体固定，调整蒸发源的入射方向与PN结有源层的沉积表面形成一倾斜入射角；

步骤2：在20-100度的温度下，以0.1nm/s-1nm/s的速率将TiO₂或SiO₂沉积于PN结有源层上形成抗反膜。

优选地，抗反膜为纳米结构的TiO₂膜，或由TiO₂膜和SiO₂膜混合而成。

优选地，抗反膜有2至5层。

优选地，每层抗反膜纳米棒的直径在10-200nm之间，孔隙率在0.1-0.9之间；TiO₂膜的反射率为2.7到1.3之间，SiO₂膜的反射率为1.46-1.05之间。

优选地，入射角度在10-89度之间。

本发明采用斜角入射沉积的方法，制备的这种包含有多层反射率渐变的多孔隙纳米结构抗反膜的晶体硅太阳能电池，大大优化了硅太阳能电池的光吸收，从而提高了电池效率。与一些其他的典型纳米技术如黑硅或纳米多孔硅技术相比，这种方法不会损伤硅晶体本身的光伏特性，能够真正将多吸收的光转化为电能。提高光转化效率，将极大地推动太阳能电池产品的发展。该制备方法还具备以下优点：1)对纳米结构的生产工艺流程高度灵活可控，所生产的纳米结构具有高度的均一性和重现性；2)方法基于热沉积镀膜，基本不受材料的限制。3)工艺流程简单，可在一次工艺流程完成多层复杂有序纳米结构如柱状、S形、螺旋形、之字形等的制备生产，可以实现批量生产，成本也并不高。4)与现有的其他硅太阳能电池工艺完全兼容，不需要额外的设备和成本。

附图说明

图1是本发明实施例晶体硅太阳能电池结构示意图。

图2是本发明实施例多层反射率渐变的纳米结构抗反膜的结构示意图。

图3是本发明实施例斜角入射物理沉积方法应用的示意图。

具体实施方式

下面将结合附图用实施例对本发明进一步说明。

本发明实施例的目的在于制作纳米结构的抗反膜以降低反射率，提高太阳能电池的光电转化效率而提供这种晶体硅太阳能电池及制作方法。这种纳米结构的抗反膜能在宽光谱和广角度范围内实现极低的反射率。本实施例使用斜角入射物理沉积的方法，工艺简单，成本较低，且工艺与现有的硅太阳能电池流程完全兼容。