非晶硅pin光電池及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及光學器件技術領域，尤其涉及一種非晶硅PIN光電池及其制備方法。
【背景技術】
[0002]光電池是利用光伏效應(光電效應的衍生)制成的檢測光輻射的器件，是一種在光的照射下產生電動勢的半導體元件。光電池是光電檢測器件的核心。而光電探測器在軍事和國民經濟的各個領域有廣泛用途，在可見光或近紅外波段主要用于射線測量和探測、工業自動控制、光度計量等；在紅外波段主要用于導彈制導、紅外熱成像、紅外遙感等方面。因此，對于光電池的研究將會推動光電檢測器件的發展。
[0003]光電池的工作原理是半導體的p-n結在光的作用下產生新的電子-空穴對，電子和空穴在p-n結電場的作用下移動到結的兩邊形成附加電勢差。作為光電子器件(光電二極管、紅外探測器、太陽電池等)使用時，感光(探測)靈敏度主要決定于勢皇區的寬度。p-n結因為勢皇厚度較薄，故感光靈敏度較小。而對于p-1-n結，由于它的勢皇厚度很大(i型層)，則能夠吸收大量的光子、并轉換為載流子(光生載流子)，所以感光和探測輻射的靈敏度相對P-n結型的更高。
[0004]光電池的種類有很多，有砸光電池、硅光電池和硫化鉈、硫化鎘、砷化鎵光電池等。其中硅光電池由于其轉化效率高、壽命長、價格便宜而應用最為廣泛。非晶硅光電池是硅光電池的一種，非晶娃光電池對于娃材料消耗很少，電耗很低，光譜響應范圍廣。非晶娃是一種直接能帶半導體，它的結構內部有許多所謂的“懸鍵”，也就是沒有和周圍的硅原子成鍵的電子，這些電子在電場作用下就可以產生電流，并不需要聲子的幫助，因而非晶硅可以做得很薄，還有制作成本低的優點，因此具有很好的前景。但目前非晶硅光電池存在轉換效率較低，光譜響應能力較弱的問題。
[0005]傳統的，提高非晶硅PIN光電池光譜響應的方法主要有以下幾種:
[0006]1、在電池上表層增加增透膜。利用光的干涉現象以達到減少光發射，增加對光的吸收，提尚光響應。
[0007]2、利用光子晶體的背反射。利用折射率周期變化的光子晶體可以使得一定太陽光譜范圍內的光子都處于其光子禁帶之內，這樣的光子晶體背反射鏡可以完全反射特定范圍的光譜，從而增大太陽光在太陽能電池吸收層中的光程。
[0008]3、制備疊層光電池。疊層光電池是由在制備的p-1-n層單結光電池上再沉積一個或多個P-1-n子電池制得的，它把不同禁帶寬度的材科組合在一起，提高了光譜的響應范圍。
[0009]然而，電池上表層增加增透膜以及利用光子晶體的背反射的技術大多只能實現在某些特定波長的光響應，采用制備疊層非晶硅PIN光電池的方法則工藝較為復雜。
【發明內容】
[0010]鑒于此，有必要提供了一種工藝簡單，且光譜響應較寬、較強的非晶硅PIN光電池及其制備方法。
[0011]—種非晶硅PIN光電池，包括依次層疊的襯底、η型非晶硅層、i型非晶硅層、p型非晶硅層和亞微米銀顆粒層。
[0012]在其中一個實施例中，所述p型非晶硅層的材料為摻硼非晶硅，所述η型非晶硅層的材料為摻磷非晶硅。
[0013]在其中一個實施例中，所述ρ型非晶娃層的厚度為30nm-50nm，所述i型非晶娃層的厚度為300nm-400nm，所述η型非晶娃層的厚度為30nm_50nm，所述亞微米銀顆粒層的厚度為 300nm-550nm。
[0014]在其中一個實施例中，所述亞微米銀顆粒層的亞微米銀顆粒包括中心銀顆粒和鑲嵌在所述中心銀顆粒表面的多顆周圍銀顆粒。
[0015]在其中一個實施例中，所述多顆周圍銀顆粒在所述中心銀顆粒表面均勻對稱分布。
[0016]在其中一個實施例中，所述中心銀顆粒的粒徑為200nm-400nm，所述周圍銀顆粒的粒徑為 100nm-150nm。
[0017]在其中一個實施例中，所述亞微米銀顆粒層的亞微米銀顆粒的粒徑為300nm_550nmo
[0018]—種非晶硅PIN光電池的制備方法，包括如下步驟:
[0019]在襯底上依次蒸鍍η型非晶硅層、i型非晶硅層和ρ型非晶硅層，得到基片，接著將所述基片清洗干凈；
[0020]將洗凈后的所述基片放入體積比為3:7的雙氧水和濃硫酸的混合溶液中，恒溫79°C _81°C加熱80min-100min，接著，取出清洗干凈，干燥后放入體積分數為1%的3-氨基丙基-三甲氧基硅烷溶液中浸泡10h-12h，接著，取出清洗干凈，干燥后得到處理好的基片；
[0021]按照1:10的體積比，將濃度為0.99mol/L-l.01mol/L的硝酸銀水溶液和濃度為0.99mol/L-l.01mol/L的聚乙烯吡咯烷酮水溶液混合均勻，然后加水稀釋至銀離子濃度為0.002mol/L，得到銀離子有機溶液，接著按照體積比1:50，將濃度為0.99mol/L-l.0lmol/L的抗壞血酸水溶液加入所述銀離子有機溶液中，攪拌直至混合液顏色不再變化，接著將所述混合液進行離心分離，然后取下層溶液并加入等體積的水，得到銀粒子溶膠溶液；
[0022]將所述處理好的基片放入所述銀粒子溶膠溶液中，在所述處理好的基片的ρ型非晶硅層上沉積形成亞微米銀顆粒層，取出后洗凈，用氮氣吹干，得到所述非晶硅PIN光電池。
[0023]在其中一個實施例中，將所述基片清洗干凈的操作包括如下步驟:
[0024]將所述基片在洗潔精中超聲清洗8min-12min，接著用超純水超聲清洗8min-12min,然后再放入乙醇溶液中超聲清洗8min_12min，再用大量純水超聲清洗8min-12min,取出后吹干。
[0025]在其中一個實施例中，所述離心分離的轉速為1000r/min-4000r/min，時間為10min-15mino
[0026]上述非晶硅PIN光電池，當亞微米銀顆粒被入射光激發時，其內部的自由電子產生的局域表面等離子體共振效應，通過將亞微米銀顆粒與依次層疊的襯底、η型非晶硅層、i型非晶硅層和P型非晶硅層結合相互作用，能夠有效提高非晶硅PIN光電池的光譜響應能力。
【附圖說明】
[0027]圖1為一實施方式的非晶硅PIN光電池的結構示意圖；
[0028]圖2為一實施方式的非晶硅PIN光電池的制備方法的流程圖；
[0029]圖3為實施例1和對比例1的光譜響應圖；
[0030]圖4為非晶硅PIN光電池的光譜響應測試裝置示意圖。
【具體實施方式】
[0031]為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清晰，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。
[0032]請參閱圖1，一實施方式的非晶硅PIN光電池100，包括依次層疊的襯底10、n型非晶硅層20、i型非晶硅層30、ρ型非晶硅層40和亞微米銀顆粒層50。
[0033]在本實施方式中，襯底10為ΙΤ0玻璃層。
[0034]在本實施方式中，η型非晶硅層20的材料為摻磷非晶硅。η型非晶硅層20的厚度可以為30nm-50nm。優選地，上述η型非晶娃層20的材料的磷的摻雜濃度為1.0X 1012cm 3-5X1012cm3o
[0035]i型非晶娃層30的厚度可以為300nm-400nm。
[0036]ρ型非晶娃層40的材料為摻硼非晶娃。ρ型非晶娃層40的厚度可以為30nm-50nm。優選地，上述ρ型非晶硅層20的材料的硼的摻雜濃度為1.0X 3-5X1010cm 3。
[0037]亞微米銀顆粒層50為單層亞微米銀顆粒層。即亞微米銀顆粒層50由單層的亞微米銀顆粒構成。亞微米銀顆