一種硅基薄膜太陽能電池及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于太陽能電池技術領域，具體涉及一種硅基薄膜太陽能電池及其制備方法。
【背景技術】
[0002]近來，隨著研宄和生產技術的發展，太陽能電池將在傳統能源領域發揮重大作用。現在的市場主要有硅基太陽能電池、多元化合物薄膜太陽能電池以及有機染料敏化太陽能電池等。其中硅基太陽能電池因其在原材料儲備方面的優勢而成為太陽能電池的主導產品，保持了 80%以上的市場占有率。與其他類型的太陽能電池相比，其科研和生產已經相對成熟和穩定，光電轉換效率較高，在未來幾年間，全球各國光伏發電的巨大需求將促使硅基太陽能電池的發展勢頭將會保持強勁而不會發生逆轉。盡管硅基太陽能電池有諸多優勢，但硅材料價格相對較高，這使其在價格方面處于較為弱勢的地位。因此，薄膜電池的發明極大地降低了原材料的成本。但是目前薄膜電池面臨著效率較低且制備成本較大的問題。因此，提高薄膜電池的效率和光的利用率很是迫切，在薄膜太陽能電池中引入納米顆粒，利用納米顆粒的量子尺寸效應提高入射光子的捕獲，提高太陽能電池對光的利用率，有助于提高電池的光電轉換效率，從而可以使薄膜電池獲得較高的效率，可以有效降低成本。因此，利用納米顆粒的量子尺寸效應來提高硅基薄膜電池的轉換效率成為當今研宄太陽能電池的一個熱門話題。
[0003]PECVD(等離子體增強化學氣相沉積)是通過工藝氣體的等離子放電產生活性基團來促進薄膜生成的反應，能顯著降低化學氣相沉積(CVD)薄膜制備的溫度，使某些原本需要在高溫下進行的CVD鍍膜反應可以在較低溫度下進行，PECVD的主要優點是適合在低溫條件下制備大面積的薄膜，可以制得優質的半導體薄膜和介質薄膜，近年來在薄膜太陽能電池、平板顯示等領域獲得了廣泛的應用。
[0004]現今，達到提高光捕獲的一種有效方式就是在硅基薄膜太陽能電池界面加入納米結構，例如納米顆粒、納米線、納米坑等，通常采用的方法是磁控濺射、化學沉積或熱蒸發再退火的方法在硅基薄膜太陽能電池界面形成金屬顆粒，這些金屬顆粒就作為光的捕獲機制使硅基薄膜太陽能電池光吸收提高。但是這些方法操作比較繁瑣，成本較高，并且會對薄膜電池的界面造成很大的傷害，使得缺陷增加，效率降低，這都有可能會影響硅基太陽能電池的未來發展。現有的納米顆粒的制備方法是在高溫下使富金屬氧化物或氮化物等化合物出現相分離，這種合成方法需要退火，高溫退火時會產生很多問題，比如，首先，過高溫度不適用于大多襯底材料，所以不利于器件制造；另外高溫退火工藝也會增加能耗，提高成本。而且采用溶液法制備的納米顆粒，需要進行噴霧操作，其中無法保證電池的潔凈，也無法避免溶液殘留或者空氣中雜志的污染，電池質量低。
【發明內容】
[0005]針對現有技術中存在的問題，本發明提供一種結構簡單，轉換效率高量子效率高，能夠顯著提高短路電流，開路電壓沒有明顯降低，電池效率高的硅基薄膜太陽能電池及其制備方法。
[0006]本發明是通過以下技術方案來實現:
[0007]本發明一種硅基薄膜太陽能電池，包括在硅基薄膜太陽能電池p/i層或n/i層界面± 1nm范圍內分布的金屬納米顆粒。
[0008]優選的，金屬納米顆粒的直徑為2-1000納米，顆粒間平均間距為10-10000納米。
[0009]優選的，金屬納米顆粒的直徑為5-100納米，顆粒間平均間距為10-500納米。
[0010]優選的，硅基薄膜太陽能電池包括呈層疊的基底、η層、i層、P層和ITO電極；11層厚度為5-50nm，i層厚度為150_3000nm，p層厚度為5_50nm，ITO厚度為40_500nmo
[0011]優選的，金屬納米顆粒為鍺、金、銀、鋁、鉑和鈀中的至少一種。
[0012]優選的，基底采用金屬箔、玻璃和塑料中的至少一種。
[0013]本發明一種硅基薄膜太陽能電池的制備方法，將基底在等離子增強化學氣相沉積設備中，分步進行薄膜太陽能電池的η層、i層和P層沉積；并在電池的p/i層界面或者n/i層界面中制備金屬納米顆粒；最后沉積ITO電極得到硅基薄膜太陽能電池。
[0014]優選的，制備氣體包含下列一種或幾種:鍺燒，硅燒，甲燒，氫氣，硼燒，磷烷。
[0015]與現有技術相比，本發明具有以下有益的技術效果:
[0016]本發明通過在硅基薄膜太陽能電池已有結構中，在其單個層間界面處加入金屬納米顆粒，通過金屬納米顆粒產生量子限域效應，使得薄膜電池的反射率下降，量子效率明顯改善，短路電流密度提高了 9.5% ;同時在光照時金屬納米顆粒產生表面等離子體，該表面等離子體在硅基電池中被光激發形成激子，還大大增加了有此結構的硅基太陽能電池的效率。
[0017]進一步的，將納米顆粒的直徑控制在納米級別，縮小了表面結構的尺寸，從而能夠提高對陷光效應；其中納米顆粒的直徑過大或過小，薄膜電池的反射率和量子效率都會減小，只有控制納米顆粒在合適的尺寸時，納米顆粒能產生明顯的量子限域效應，能夠更好的滿足的硅基薄膜太陽能電池的要求，提高對太陽光利用率，提高電池效率。當金屬顆粒直徑達到納米級別形成量子點時，量子限域效應產生，特別是鍺量子點的激子波爾半徑和振動波長較大，能較容易的產生量子限域效應，利用這一點，通過調節粒徑和顆粒間的尺寸，使得量子點作為器件的光吸收中心，增加太陽能電池的光利用率，提高電池的短路電流，提高電池效率。
[0018]進一步的，通過對不同金屬的選擇實現在不同光波波段上對量子效率的針對性增強。
[0019]本發明所述的制備方法，通過等離子增強化學氣相沉積，也就是通過操作簡單的CVD方法一步制得，并在真空條件下完成對薄膜電池的制備，避免了其他雜質對電池的污染，使硅基薄膜太陽能電池表面的界面結構發生變化從而降低硅基太陽能電池的反射率，從而提高太陽能電池的量子效率；不僅成本低，操作簡單，質量較高，而且能夠通過調節反應氣體流量比來控制金屬納米顆粒的大小；且原料成本便宜，容易獲得，成本低廉，適用于工業化生產，能夠簡化制備裝置，提高生產效率。
【附圖說明】
[0020]圖1為本發明實例I中硅基薄膜太陽能電池表面的截面示意圖；其中:1為金屬納米顆粒，2為硅基薄膜太陽能電池的層狀結構。
[0021]圖2為本發明實例I中硅基薄膜太陽能電池表面納米顆粒結構的透射電子顯微鏡圖像；其中為金屬納米顆粒。
[0022]圖3為本發明實例I中所述的硅基薄膜太陽能電池表面的鍺納米顆粒的X射線光電子能譜。
[0023]圖4為硅基薄膜太陽能電池鍺納米顆粒在紫外光到可見光到近紅外光的吸收比較圖。
[0024]圖5為本發明實例I中所述的硅基薄膜太陽能電池的量子效率圖。
【具體實施方式】
[0025]下面結合具體的實施例對本發明做進一步的詳細說明，所述是對本發明的解釋而不是限定。
[0026]實施例1
[0027]一種硅基薄膜太陽能電池的制備方法，包括如下步驟:
[0028]I)電池基底的清洗:將基底放入專用的洗液中超聲兩個小時，然后在二次水中超聲清洗半個小時，最后在超純水中沖洗并干燥。本實例中采用的基底為不銹鋼基底，洗液為不銹鋼洗液。
[0029]基底能夠采用金屬箔制成，本優選實施例中以不銹鋼為例進行代表；并且對較長基底，可采用卷對卷方式，讓基底經過清洗系統，包括超聲、機械、化學和等離子體系統等，有效實現對基底的清洗