[发明专利]一种增强太阳能电池光吸收的微纳混合结构及制备方法

说明书

本发明提供的是一种增强太阳能电池光吸收的微纳混合结构及制备方法。其特征是：金字塔结构硅片(a)通过化学腐蚀法制备得到微纳混合结构，简称黑硅(b)，然后以黑硅(b)为模板，在其结构面上浇筑PDMS胶，得到黑硅和PDMS胶的混合结构体(c)，最后通过脱模过程得到表面微纳混合结构PDMS薄膜(d)。本发明可用于硅薄膜太阳能电池或者其他玻璃封装表面光电子器件，是一种高效的表面陷光结构，能显著降低玻璃器件表面的光反射率，提升器件的光电转换效率。

(一)技术领域

本发明涉及的是一种增强太阳能电池光吸收的微纳混合结构及制备方法，属于光电器件领域，具体涉及表面陷光技术、微纳加工。

(二)背景技术

目前大部分的太阳能电池表面均为平面结构，当光照射到电池表面时，就有很大一部分入射光被反射，造成电池表面大量光能损失。而表面陷光结构可以有效地减少电池表面光能反射，增强太阳能电池的光吸收，同时减少电池内部光能逃逸，在一定程度上延长光程，从而提高电池的转换效率。微纳混合结构通常指微米结构表面还存在着纳米结构，或者是微米结构与纳米结构的间隔分布所形成的混合结构，是一种高效的表面陷光结构。制备了微纳混合结构的硅材料，具有高效光能俘获能力，表面呈现“黑色”，被称为黑硅，相比传统的硅表面金字塔陷光结构，具有更低的表面反射率。聚二甲基硅氧烷(PDMS)作为一种具有良好透光性和化学稳定性的高分子聚合物材料，其成本低，使用简单，同硅片之间具有良好的粘附性，被广泛应用于光电器件等领域。在太阳能电池表面引入微纳混合结构PDMS薄膜不会破坏电池本身，在不改变原有电池制备工艺的情况下，可以进行工业化大面积生产和推广，降低电池表面反射，提高电池的光电转换效率。

为解决微纳混合结构的制备问题，通常有两种制备方法，一种是飞秒激光扫描法，另一种是化学腐蚀法。飞秒激光设备昂贵，制备面积小，工艺复杂，所以大多采用化学腐蚀法。李华高等人于2017年公开的制作黑硅及黑硅表面钝化层的方法(中国专利：201710686567.2)通过对工艺片上采用混合溶液浸泡和水浴加热制备出微纳混合结构。李璐等人于2018年公开的一种蜂窝状湿法黑硅绒面结构及其制备方法(中国专利：201711005958.X)将金刚线多晶硅片进行挖孔和扩孔作业，并在碱洗槽内的碱洗液中添加NH₃.H₂O和H₂O₂，在酸洗槽内的酸洗液中加H₂O₂，制备得到微纳混合结构。毛海央等人于2017年公开的黑硅、制备工艺及基于黑硅的MEMS器件制备方法(中国专利：201710871041.1)在衬底上形成聚合物，然后利用去除聚合物过程中的产物，在聚合物的初始位置上形成纳米森林结构，以及在纳米森林结构上沉积硅薄膜材料层，得到微纳混合结构。上述制备出的微纳混合结构都在不同程度上提升了电池的转换效率，但是工艺较为复杂，且只能应用于硅太阳能电池，限制了微纳混合结构的应用推广。

本发明公开了一种增强太阳能电池光吸收的微纳混合结构及制备方法，可广泛用于光电器件等领域。与在先技术相比，通过化学腐蚀法在金字塔结构硅片(a)上刻蚀纳米线阵列，得到微纳混合结构，简称黑硅(b)，再以黑硅(b)为模板，用PDMS胶在黑硅(b)上进行浇筑，得到黑硅和PDMS胶的混合结构(c)，最后通过脱模过程得到表面微纳混合结构PDMS薄膜(d)。相比传统金字塔结构，表面微纳混合结构陷光效果更好，具有更低的反射率，电池的光电转换效率更高。该制备方法可以实现对黑硅结构的“复制”，不仅可以应用于硅薄膜太阳能电池上，还可以应用于玻璃封装表面太阳能电池上，具有更加广泛的应用前景。相对于传统微纳混合结构的制备，价格便宜，易于推广，可以实现工业化大面积制备。

(三)发明内容

本发明的目的在于提供一种增强太阳能电池光吸收的微纳混合结构及制备方法。

本发明的目的是这样实现的：