一种微纳结构太阳能电池及其背面陷光结构的制备方法技术

本发明专利技术提供一种微纳结构太阳能电池及其背面陷光结构的制备方法，该方法先提供一玻璃基底；然后利用刻蚀工艺刻蚀所述玻璃基底，使得玻璃基底表面为柱状阵列结构；最后采用离子束刻蚀技术，旋转一预定角度，获到表面为无棱角周期性微纳结构的玻璃基底，该无棱角周期性微纳结构即为陷光结构。该发明专利技术提供的陷光结构位于太阳能电池的背面，通过该结构的反射、折射和散射，增加了光在太阳能电池中的光程，此外，利用反应离子刻蚀技术和离子束刻蚀技术获得表面无棱角周期性的微纳陷光结构后，可以避免后续沉积电极和硅基薄膜时出现沉积不均匀、导电层断路等问题。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供，该方法先提供一玻璃基底；然后利用刻蚀工艺刻蚀所述玻璃基底，使得玻璃基底表面为柱状阵列结构；最后采用离子束刻蚀技术，旋转一预定角度，获到表面为无棱角周期性微纳结构的玻璃基底，该无棱角周期性微纳结构即为陷光结构。该专利技术提供的陷光结构位于太阳能电池的背面，通过该结构的反射、折射和散射，增加了光在太阳能电池中的光程，此外，利用反应离子刻蚀技术和离子束刻蚀技术获得表面无棱角周期性的微纳陷光结构后，可以避免后续沉积电极和硅基薄膜时出现沉积不均匀、导电层断路等问题。【专利说明】
本专利技术涉及太阳能电池
，特别是涉及。
技术介绍
非晶硅薄膜太阳能电池中光损失主要来源于以下三方面:表面反射的损失；进光面电极材料的覆盖面积对入射光总能量的损失；由于电池厚度过薄而造成的透射损失。在电池中引入陷光结构可以有效地减小吸收层的厚度，进而减少了沉积时间。在p-1-n结构非晶硅薄膜太阳能电池中，陷光结构是联合前电极的微纳结构和高的背反射电极来实现的。通过采用具有微纳结构的衬底，使入射光在进光面不断发生漫散射或发生多次反射，这样光通过电池本征i层的有效路径增加了，从而提高了入射光的收集效率，电池光谱响应明显提高，这是非晶硅薄膜太阳能电池新的发展方向。由于非晶硅薄膜电池有着低于Iym的厚度，引入陷光结构，可以提高电池的效率。实际上，在单晶硅和多晶硅薄膜太阳能电池中采用的绒面结构、V型槽结构、刻蚀的金字塔结构等都是为了增加入射光在电池中的散射、折射、反射等传播特性，但是这些结构的横向尺寸很难减小到几微米，限制了其在非晶硅薄膜电池中的应用。而在非晶硅薄膜太阳能电池背面采用陷光结构，通过结构的反射、折射和散射，将入射光线分散到各个角度，可以增加光在太阳能电池中的光程，使光吸收增加。因此，在非晶硅太阳能电池中引入陷光结构有利于提高太阳电池的短路电流和转换效率。对于超薄的非晶硅薄膜太阳能电池，超薄的P-1-n结构可将内建电势场提高，将光致衰退效应降为最低，甚至为零(V.Shah, H.Schade, M.Vanecek, J.Meier, E.Vallat-Sauvain, N.ffyrsch, U.Kroll, C.Drozj and J.Bailat “Thin-film Silicon Solar Cell Technology，，，Prog.Photovolt.Res.App1.2004，12 (23): 113-142.P.Lechnerj W.Frammelsbergerj W.Psykj R.Geyerj H.Maurusj D.Lundszienj H.Watnerj and B.Eichhorn “Status of perform ance of thinfilm silicon solar cells and modules，，，Conference record of the23rd EuropeanPhotovoltaic Solar Energy Conference，2008:20232026.)。VivianE.Ferry 等使用软压印技术转移出具有微纳结构的单结非晶硅太阳能电池的结构衬底，依次在其表面沉积金属层Ag、背电极层ZnO:Al、n-1-p结构的非晶娃a_S1:H层、前电极层ΙΤ0。n-1-p结构厚度仅为 340nm 时，电池的转换效率达到 6.6% (Vivian E.Ferry, Marc A.Verschuuren, HongboB.T.Li,Light trapping in ultrathinplasmonic solar cells,OPTICS EXPRESS,2010,18(S2):A237-A245)0目前光刻技术是制备图形结构广泛采用的制备方法。转移图形结构的刻蚀(RIE、DRIE等)工艺，可以控制制备的结构的大小、高度等参数。一般来说，由此工艺制备的陷光结构，其上表面在同一平面上，上表面与侧壁面具有一定夹角，因此会出现明显的棱角。非晶硅薄膜太阳能电池中，由于后续沉积薄膜厚度很薄，每层沉积厚度从几十纳米到几百纳米不等，特别是电极层只有几十纳米，陷光结构中棱角的存在会使得后续沉积工艺易出现沉积不均匀、导电层断路等问题，如此将导致太阳能电池内部出现断路。因此，如何制备出无棱角陷光结构是本领技术人员需要解决的课题。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供，用于解决现有技术中太阳能电池背面陷光结构棱角的存在导致后续沉积工艺出现沉积不均匀等问题。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种太阳能电池背面陷光结构的制备方法，其至少包括步骤:I)提供一玻璃基底；2)利用刻蚀工艺刻蚀所述玻璃基底，使得玻璃基底表面为柱状阵列结构；3)采用离子束刻蚀技术，旋转一预定角度，获到表面为无棱角周期性微纳结构的玻璃基底，该无棱角周期性微纳结构即为陷光结构。优选地，利用离子束刻蚀技术刻蚀的时间为2飞min，所述旋转的预定角度为30?60°，屏栅束流为30mA，固定电压为500V。优选地，所述步骤2)包括如下步骤:先在所述玻璃基底上制备形成金属层；然后在所述金属层上涂敷光刻胶层，利用光刻技术获得所需要的光刻胶图形；接着刻蚀工艺刻蚀所述金属层和玻璃基底；去除金属层之后获得表面为柱状阵列结构的玻璃基底。优选地，所述金属层的材料为铬Cr，光刻技术中曝光方式为接触式紫外曝光，所述光刻胶图形的线宽为50(Tl000nm。优选地，刻蚀所述金属层采用的是湿法刻蚀工艺，所用的溶液为硝酸铈铵和高氯酸的混合溶液，其中，每IOOml的刻蚀液中，硝酸铈铵为5?20g ;高氯酸为2?8ml，其余量为水。优选地，刻蚀所述玻璃基底采用的是反应离子刻蚀工艺，所用的反应气体为CHF3,流量为30SCCm，所述玻璃基底中被刻蚀出的图形的深宽比为1:1。优选地，去除所述金属层所用的腐蚀液与湿法刻蚀所用的溶液相同，为硝酸铈铵和高氯酸的混合溶液。本专利技术还提供一种微纳结构太阳能电池，该太阳能电池至少包括:具有无棱角周期性微纳陷光结构的玻璃基底、位于所述玻璃基底上的背电极层、设于所述背电极层上的非晶硅薄膜层、及设于所述非晶硅薄膜层上的前电极层。如上所述，本专利技术的微纳结构太阳能电池及其背面陷光结构的制备方法，具有以下有益效果:在太阳能电池背面引入表面无棱角周期性微纳陷光结构，通过该结构的反射、折射和散射，将入射光线分散到各个角度，从而增加光在太阳能电池中的光程，使光吸收增力口，进而提高电池的短路电流和转换效率。另外，更重要的是，通过反应离子刻蚀技术和离子束刻蚀技术的结合获得表面无棱角周期性微纳陷光结构，有利于实现可见光区域光散射和后续硅基薄膜的沉积。【专利附图】【附图说明】图1为本专利技术提供的玻璃基底的结构示意图。图2为金属层上涂敷光刻胶层并形成所需图形后的结构示意图。图3为刻蚀金属层后的结构示意图。图4为刻蚀玻璃基底后的结构不意图。图5为具有柱状阵列结构表面的玻璃基底结构示意图。图6为具有无棱角周期性微纳结构表面的玻璃基底结构示意图。图7为背面具有微纳陷光结构的太阳能电池结构示意图。元件标号说明I 玻璃基底11柱状阵列结构12无棱角周期性陷光结构2 背电极层3 非晶硅薄膜层4 前电极层5本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种太阳能电池背面陷光结构的制备方法，其特征在于，所述制备方法至少包括步骤：1）提供一玻璃基底；2）利用刻蚀工艺刻蚀所述玻璃基底，使得玻璃基底表面为柱状阵列结构；3）采用离子束刻蚀技术，旋转一预定角度，获到表面为无棱角周期性微纳结构的玻璃基底，该无棱角周期性微纳结构即为陷光结构。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李海华，王庆康，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31