[发明专利]基于AlOx/Ag/ZnO结构的高反射高绒度背电极

说明书

技术领域

本发明涉及硅基薄膜太阳电池及其制备，特别是一种基于AlO_x/Ag/ZnO结构的高反射高绒度背电极。

背景技术

硅基薄膜太阳电池中，非晶硅（a-Si:H）薄膜太阳电池特别是以非晶硅为基础的非晶硅/微晶硅叠层太阳电池因在降低成本实现大面积生产上具有很大的空间而备受光伏产业界的青睐。

硅基薄膜太阳电池分为两种结构，光从透明衬底入射则为PIN结构，衬底只作为依托则为NIP结构。PIN型太阳电池必须沉积在透明的衬底上，而NIP型太阳电池对衬底透光性没有要求，因而有更宽的选择范围，不锈钢箔、聚酰亚胺、PET薄膜和玻璃等均可以用作衬底。特别是沉积在不锈钢箔、聚酰亚胺和PET薄膜等柔性衬底上的NIP型电池在应用上具有如下优势：1、重量轻、可卷曲，携带方便，在军事和民用等多个领域都有较好的前景；2、便于采用卷到卷（roll-to-roll）沉积工艺，利于连续化大面积生产；3、易与建筑一体化，能够将美学和发电结合，符合自然环保的理念，在城市建筑中有独特的优势。

在太阳电池，特别是薄膜太阳电池中，陷光结构对于太阳电池性能的提高具有非常重要的作用。PIN型硅薄膜太阳电池的陷光结构包含两个部分，采用绒面透明导电前电极TCO对光的散射增加有效光程，用Ag/ZnO或Al/ZnO复合背电极的反射提高光的再次利用率；而在NIP型硅薄膜太阳电池中，前电极ITO很难形成绒面结构，只有依赖背电极的陷光作用。所以，背电极对于NIP型硅薄膜太阳电池性能的提高尤为重要。对于背反射电极，不仅要求其具有较好的导电性和反射特性，还要有较好的绒面，以提高光的散射，增加光的光程，从而使太阳电池转换效率得到提升。绒面背反射电极的使用可以明显减少入射光的干涉现象，增加太阳电池对太阳光的响应。

用于硅基薄膜NIP太阳电池的背电极通常有金属薄膜和透明导电薄膜组成，比如Al/ZnO、Ag/ZnO等。由于金属背电极的表面形貌、反射率等性能直接影响后续的ZnO的性能，从而影响整个复合背电极的性能，所以在此结构中，金属背电极的性能至关重要。由于金属Ag具有良好的导电性和对太阳光宽谱域的高反射特性，很好的符合硅基薄膜电池电极的要求，但是Ag一般较难以形成大的绒面结构，且Ag的价格相对比较昂贵。金属Al对太阳光的反射率相对Ag较低，但是Al容易形成大的绒面结构，特别是部分氧化后形成的AlO_x绒面结构还可以进一步增大，且价格相对Ag便宜很多。因此，可以利用Al薄膜的大绒面结构和Ag薄膜对太阳光宽谱域的高反射，制备得到Al/Ag/ZnO复合背电极。但是在Al薄膜上继续制备Ag薄膜过程中，两者很容易发生合金化，形成Al_xAg_1-x结构，反射率反而更低。

发明内容

本发明目的是克服现有技术的上述不足，提供了一种基于AlO_x/Ag/ZnO结构的高反射高绒度背电极，该结构背电极能够增大太阳光在太阳电池中的有效光程，提高光的利用效率，提高太阳电池的转换效率。

本发明的技术方案：

一种基于AlO_x/Ag/ZnO结构的高反射高绒度背电极，由衬底、AlO_x薄膜、Ag薄膜和介质层ZnO薄膜组成并形成叠层结构，所述AlO_x薄膜具有对长波光陷光作用显著的大绒面结构，AlO_x中x为0＜x＜1.5，其表面颗粒尺寸为100-2000nm、表面均方根粗糙度为50-200nm；所述金属Ag薄膜具有对太阳光具有宽谱域高反射特性，其表面颗粒尺寸为10-200nm、表面均方根粗糙度为10-60nm；所述ZnO薄膜的厚度为100-2000nm。

所述衬底为不锈钢、聚酰亚胺或PET柔性衬底，也可为玻璃钢性衬底。

所述介质层ZnO薄膜为不掺杂的ZnO和掺杂氧化锌ZnO:B、ZnO:Al、ZnO:Ga中的一种。

一种所述基于AlO_x/Ag/ZnO结构的高反射高绒度背电极的制备方法，步骤如下：将清洗处理后的衬底放入沉积系统中，依次沉积AlO_x薄膜、Ag薄膜和介质层ZnO薄膜，制得基于AlO_x/Ag/ZnO结构的复合背电极，沉积方法为直流溅射、射频溅射、脉冲激光沉积、离子束溅射、电子束蒸发、有机化学气相沉积和超声喷雾方法中的一种或多种的组合，其中AlO_x薄膜的制备时向反应腔室内通入氩气和氧气，Ag薄膜和介质层ZnO薄膜的制备向反应腔室内仅通入氩气。