[发明专利]一种用于太阳电池增效的等离子体激源的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及光伏产业，特别涉及其中太阳电池转换效率的提高。 

技术背景

各种太阳电池都存在一个共同需求：减少其表面对入射光的反射。当前太阳电池制造中采用两种减反射技术。一是通过表面刻蚀形成几何凹凸减少反射；二是通过沉积生长一层几十纳米厚的表面氧化物或氮化物薄膜，由其折射作用来减少反射。前者只能减少约一半光发射；后者只能对一种波长及邻近波长的光有明显减反射效果。这两种减反射技术一般都同时运用，但还有约7％的入射光被反射损失。此外，表面刻蚀技术还存在增加环境负荷的问题。 

用于太阳电池增效的等离子体激源（Plasmon），实际上就是均匀分布在太阳电池表面的纳米金属颗粒，它能够大幅度地减少入射光的反射，从而提高电池的光电转换效率。其作用原理基于两个已为前人所发现的效应 (K.R. Catchpole and A. Polman: Plasmonic solar cells,Optics Express, Vol. 16(2008), Issue 26, pp. 21793-21800)：1）纳米金属颗粒对入射光的捕获截面约为其自身截面尺寸的十倍；2）被捕获的光在另一侧重新发射，发射光的出射角小于16^o，完全进入太阳电池。如在太阳电池表面均匀稀疏分布一层金属纳米颗粒，覆盖10％的面积，则理想情况下，由上述效应可使得全部入射光都由这些金属纳米颗粒所捕获，并在底侧向太阳电池会聚发射，实现完全消除反射。 

发明内容

本发明的目的是提供一种低成本的在太阳电池前表面制备均匀分布的金属纳米颗粒等离子体激源的方法，减少太阳电池前表面对入射光的反射，提高太阳电池光电转换效率。 

本发明是通过以下技术方案实现的。 

（1）以3～7层线径为0.02~0.04 mm、线隙为0.03～0.05的筛网遮挡太阳电池前表面，以真空蒸发方法向太阳电池前表面沉积金属，使各个网孔下都得到一层0.5～2.5 nm厚的金属薄膜岛。 

（2）然后在真空环境中于100～500 ℃下进行退火，使得到的金属薄膜岛聚集形成均匀分布于太阳电池前表面的金属纳米颗粒，成为等离子体激源。 

本发明所述的金属可以是熔点在100 ℃以上的各种金属，但以稳定、不易氧化的贵金属如金、银、铂效果为好。 

采用本发明方法可制备出均匀分布于表面的金属纳米颗粒。将其应用于玻璃表面作为示范，能够明显减少该表面对光的反射率，提高光的透射率；将其应用于一种太阳电池前表面，使电池能量转换效率相对提高了5％。由于本发明方法制备过程不涉及高温，所以不会产生对半导体的金属污染。该方法简单易行，适合于工业生产应用。 

具体实施方式

本发明将通过以下实施例作进一步说明，包括但不限于下列实施例。 

实施例1。 

以4层线径为0.030 mm，线隙为0.041 mm的不锈钢筛网膜平置于平板玻璃试片之上，在蒸发镀膜机内对之蒸发沉积银，在网孔下得到厚度为0.5 nm的银薄膜岛，之后取部分样品进行150C退火，部分样品进行200 C退火。对玻璃、蒸发镀银玻璃、150C退火镀银玻璃、200C退火镀银玻璃样品分别进行光反射谱测量，波长范围为400～1100 nm，各样品在该范围中的平均反射率如表1所示。所制备的表面达到了预期的等离子体激源减反射效果。 

 表1 各种样品在400～1100 nm波长范围内的平均反射率 

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实施例2。 

以4层线径为0.030 mm，线隙为0.041 mm的不锈钢筛网膜平置于一片40 x 40 mm²的硅片太阳电池之上，在蒸发镀膜机内对之蒸发沉积银，在网孔下得到厚度为1.5 nm的银薄膜岛，之后进行150 C真空退火。电池在蒸发镀银之前、镀银之后、和退火之后分别都进行I-V特性测量，结果如表2所示。经筛网遮蔽沉积银加低温退火处理后的太阳电池取得了预期的等离子体激源增效效果。 

 表2 硅片太阳电池样品I-V特性测量结果