[发明专利]一种周期性结构的背反射电极及其制备方法

说明书

技术领域

 本发明属于薄膜太阳电池的高散射背电极的制备技术，尤其是一种周期性结构的背反射电极及其制备方法。

背景技术

光伏作为未来能源主力，必须大幅提高效率、降低成本才能得以生存。银背反射电极作为太阳电池的重要组成部分，其绒度特性对电池的性能影响至关重要。当前薄膜电池中应用最为广泛的金属背反射电极是基于绒度的金属铝结合银来构建的随机绒面的背反射电极，这种方法生长的金属背电极粗糙度不是很大，导致这种衬底的散射效果不是很好。研究表明：对于NIP型的Si基薄膜太阳电池（非晶硅电池、微晶硅电池以及硅基多结薄膜叠层电池）来说，背反射电极的陷光作用对器件性能的影响尤为重要。绒度的金属背反射电极结构可以有效的将光反射回电池，增加反射回电池光的光程，从而有效增强本征层的光学吸收，提高短路电流密度，进而提高电池效率，更为重要的是，陷光的引入，可以减薄电池的有源层厚度，这对降低成本是非常重要的。

相比于随机绒面的金属背反射电极，周期性结构的背反射电极由于其具有高的散射特性而引起关注。目前周期性结构的背反射电极的制备方法主要是阳极氧化铝（AAO），由于在阳极氧化过程中电压大于500V时会有大量的热量产生和阳极氧化的不稳定性，其周期性不能很好的控制，而且很难制作大尺寸的‘酒窝’状。AAO方法制备的背反射电极虽然增加了对短波长光的散射，电池的短波响应得到了提高，起到了对短波长光的陷光效果，但是长波长光的陷光由于其‘酒窝’状尺寸受限，导致电池对长波长光的利用率不高。

发明内容

本发明目的是为克服现有技术的上述不足，提供一种有利于提高薄膜太阳电池性能的具有高散射比例的周期性结构的背反射电极，该周期性结构的背反射电极能够实现良好的陷光效果，使电池吸收层未被吸收的光能够更多的再散射回电池，增加光在电池中的光程，以达到提高光利用率，增强电池的短路电流密度，进而达到提高电池效率的目的，而且最为重要的是通过控制制备工艺可增加400-1500nm波长范围的散射比率，使电池对光的利用率得到大大提高。

本发明的技术方案：

一种周期性结构的背反射电极，包括衬底层、形成模板作用的第一层金属薄膜和起修饰作用的第二层金属薄膜，衬底层为硬质衬底玻璃，两层金属薄膜均为金属Ag、Al或Mo薄膜，其中第一层薄膜厚度为300-1000nm，第二层金属薄膜的厚度为100-500nm，构成具有宽光谱散射作用的周期性结构的背反射电极，周期性结构的背反射电极均方根粗糙度为50-200 nm。

一种所述周期性结构的背反射电极的制备方法，利用水浴方法组装聚苯乙烯（PS）微球，用O₂等离子刻蚀PS微球，利用刻蚀后的聚苯乙烯微球的模板作用，得到具有宽光谱散射作用的周期性结构的背反射电极，步骤如下：

1）将玻璃衬底浸泡在H₂SO₄与H₂O₂的体积比为2:1的混合溶液里进行亲水处理，处理时间为2-10小时；

2）把上述玻璃衬底放在水平台上，将粒径为1-5μm、浓度为5wt%的聚苯乙烯微球乳胶溶液垂直滴在玻璃衬底上，溶液慢慢扩散开使乙烯微球不均匀散布于玻璃衬底上，然后把玻璃衬底放在水蒸气上进行自组装，经过30min的水浴，玻璃衬底上的形成单层六方密排的聚苯乙烯微球；

3）将上述单层六方密排的聚苯乙烯微球，进行O₂等离子刻蚀（RIE），刻蚀后相对应乙烯微球的大小为0.5-4μm；

4）在刻蚀后的乙烯微球上采用磁控溅射方法或蒸发的方法沉积第一层厚度为300-1000nm的金属薄膜，然后将玻璃衬底放在水里进行超声处理直至乙烯小球完全处理干净；

5）采用磁控溅射或蒸发的方法再沉积第二层厚度为100-500nm的金属薄膜，即可制得具有周期性结构的背反射电极。

一种所述周期性结构的背反射电极的应用，用于作薄膜太阳电池的背反射电极，所述薄膜太阳电池为非晶硅基、微晶硅基、纳米硅基薄膜太阳电池、多结叠层硅基薄膜太阳电池、铜铟镓硒太阳电池或铜锌锡硫太阳电池。

本发明的优点和积极效果：

本发明利用聚苯乙烯微球的模板作用和磁控溅射或蒸发金属薄膜，实现了高散射的周期性结构背反射电极的制备；将本周期性结构的背电极应用于薄膜太阳电池，较传统的绒度金属Ag薄膜作为背反射电极制备的相同条件的电池短路电流密度提高了9.4%，转换效率提高了18.4%，对300-1500nm电池所能利用的波长范围内具有良好散射作用。

附图说明