[发明专利]纳米孔与金属颗粒复合陷光结构太阳能电池及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种太阳能电池及其制备方法，特别是关于一种纳米孔与金属颗粒复合陷光结构太阳能电池及制备方法。

背景技术

传统化石能源的枯竭和环境污染迫使人们积极开发可再生能源。太阳能作为一种可再生能源之一，具有储量丰富、清洁和长久等优点，将在未来的能源格局中占据重要地位。太阳能电池是把太阳能直接转化为电能的器件。硅基太阳能电池由于材料来源丰富、无毒、稳定性好和工艺条件成熟等优点，是目前光伏市场的主流。为了增加太阳能电池的光吸收，常用的一种方法是采用减反膜消除表面反射；另一种方法是表面陷光结构。工业上通常采用倒金字塔结构，特征尺寸为微米量级。对于第二代低成本薄膜太阳能电池，吸收层仅仅为几微米厚，在表面制作这种倒金字塔结构是不可行的。

随着纳米科学技术的发展，纳米陷光结构提高太阳能电池的光吸收成为研究热点。纳米陷光结构如金属纳米颗粒、纳米线和纳米孔具有独特的光电特性，如金属颗粒的表面等离子体散射和近场增强，纳米线和纳米孔的量子尺寸效应、热电特性、比表面积增加引起的光敏度和生化灵敏度增强。2006年Derkacs等人通过旋涂含有金纳米颗粒的溶液在非晶硅太阳能电池的表面ITO层上沉积金纳米颗粒，金属颗粒作为亚波长散射体把太阳光耦合和限制在太阳能电池的吸收层内，短路电流密度增加8.1％，转换效率增加8.3％。2011年Huang等人用湿法腐蚀制制备了无序硅纳米线太阳能电池，转换效率为10.1％。Peng等人用深紫外光刻制备了有序硅纳米孔太阳能电池，转换效率为9.5％。相比于硅纳米线，硅纳米孔具有机械稳定好，不易坍塌的优点。

为了进一步提高太阳能电池的光吸收，我们提出了一种纳米孔与金属颗粒复合陷光结构太阳能电池及制备方法，既兼顾硅纳米孔和金属颗粒的陷光吸收特性，又兼顾硅纳米孔的机械稳定性，同时硅纳米孔和金属颗粒的陷光结构参数可以分别优化。此外，与常规有序纳米孔图形的制备方法如电子束曝光、纳米压印和深紫外光刻相比，本方法在制备有序纳米孔图形方面具有不需要掩膜板、简单和快速的优点。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种纳米孔与金属颗粒复合陷光结构太阳能电池及制备方法，以提高太阳能电池的光吸收和光电转换效率。

本发明的目的及技术问题是通过以下技术方案来实现的：

本发明提供一种纳米孔与金属颗粒复合陷光结构太阳能电池，包括：

一P型硅基材料薄膜；

一N+型硅纳米孔二维阵列层，其制作在P型硅基材料薄膜的上表面，该N+型硅纳米孔二维阵列层上有纳米孔；

Ti/Pd/Ag条形欧姆金属电极，该Ti/Pd/Ag条形欧姆金属电极为条状，其间隔交叉地制作在N+型硅纳米孔二维阵列层的表面，并覆盖部分纳米孔；

一P+型背电极接触层，其制作在P型硅基材料薄膜的下表面；

一钝化层，其制作在P+型背电极接触层的表面，该钝化层形成有条形窗口区；

Al金属欧姆电极，其制作在钝化层条形窗口区内；

一金属颗粒层，其制作在钝化层的表面。

本发明还提供一种纳米孔与金属颗粒复合陷光结构太阳能电池的制备方法，包括如下步骤：

步骤1：在P型硅基材料薄膜的上表面采用磷扩散、纳米光刻技术及干法刻蚀技术，制作一层N+型硅纳米孔二维阵列层，该N+型硅纳米孔二维阵列层上有纳米孔，在P型硅基材料薄膜和N+型硅纳米孔二维阵列层之间形成PN+结；

步骤2：在P型硅基材料薄膜下表面采用硼扩散形成P+型背电极接触层；

步骤3：在P+型背电极接触层的表面采用PECVD沉积方法，制作钝化层；

步骤4：采用光刻与刻蚀技术，在钝化层上开有多条条形窗口；

步骤5：在钝化层的条形窗口中淀积金属铝，该金属铝与P+型背电极接触层相接触，形成欧姆接触背电极；

步骤6：在N+型硅纳米孔二维阵列层上，间隔交叉地制作Ti/Pd/Ag条形欧姆金属电极，该Ti/Pd/Ag条形欧姆金属电极覆盖部分纳米孔；

步骤7：在钝化层上制备金属颗粒层，完成制备。

本发明的有益效果是：

1、本发明设计的一种纳米孔与金属颗粒复合陷光结构太阳能电池的制备方法，既兼顾硅纳米孔和金属颗粒的陷光吸收特性，又兼顾硅纳米孔的机械稳定性，同时硅纳米孔和金属颗粒的陷光结构参数可以分别优化，因此将具有更加良好的转换池效率和性能。

2、本发明采用的光刻法制备纳米孔阵列图形，不需要掩膜板，制作成本低，步骤简单，易于大面积制备有序的纳米孔阵列。