一种利用自生长贵金属等离基元纳米结构，包括在太阳电池表面n型AlInP层上制备出贵金属纳米结构。所述贵金属纳米结构为Ag纳米结构，所述Ag纳米结构的直径为10-50nm，所述Ag纳米结构的分布密度为2.0×109-3.0×1010个/cm2。所述贵金属纳米结构为Au纳米结构，所述Au纳米结构的直径为20-70nm，所述Au纳米结构的分布密度为1.0×1010-5.0×1010个/cm2。本发明专利技术首次利用直接生长的方法在太阳电池表面制备贵金属纳米结构，而完全不需要光刻过程，避免复杂的图形制备过程。同时也不需要利用物理沉积、化学沉积，反应离子刻蚀、机械抛光以及热处理等加工工艺，制备过程简单。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】一种利用自生长贵金属等离基元纳米结构，包括在太阳电池表面n型AlInP层上制备出贵金属纳米结构。所述贵金属纳米结构为Ag纳米结构，所述Ag纳米结构的直径为10-50nm，所述Ag纳米结构的分布密度为2.0×109-3.0×1010个/cm2。所述贵金属纳米结构为Au纳米结构，所述Au纳米结构的直径为20-70nm，所述Au纳米结构的分布密度为1.0×1010-5.0×1010个/cm2。本专利技术首次利用直接生长的方法在太阳电池表面制备贵金属纳米结构，而完全不需要光刻过程，避免复杂的图形制备过程。同时也不需要利用物理沉积、化学沉积，反应离子刻蚀、机械抛光以及热处理等加工工艺，制备过程简单。【专利说明】-种利用自生长贵金属等离基元纳米结构及其提高GalnP 基太阳能电池光吸收的应用
本专利技术涉及一种利用自生长贵金属等离基元纳米结构及其提高GalnP基太阳能 电池光吸收的应用，属于增强太阳能电池光吸收的
。
技术介绍
随着不可再生能源的消耗及环境污染的加剧，太阳能作为一种可再生的无污染清 洁能源引起人们的强烈关注。太阳能电池能通过光伏效应将光能直接转变成电能，在生产 和生活中得到广泛的应用。然而，随着太阳能在日常生活中应用的推广，如何提高太阳能电 池的光吸收效率成为人们关注的问题。 现有的提高太阳能电池光吸收的技术主要有以下三种： 一、探索更理想的光电材料，比如GaAs、InP等半导体材料。因为GaAs和InP为直 接带隙半导体材料，GaAs的光吸收效率远高于Si，且GaAs基太阳能电池能在高温的太空中 应用。 二、改进太阳能电池结构，由典型的PN结结构转换为金属-半导体结构及金 属-绝缘体-半导体（MIS)结构。 三、制备抗反射膜，例如在太阳能电池的表面利用金属辅助湿法化学腐蚀制备Si 纳米线抗反射膜和PECVD方法沉积氢化氮化硅薄膜等。目前研究重点集中在多层抗反射膜 制备方面，它可以有效的抑制太阳光在太阳能电池表面和空气界面上的反射损失。但这种 结构也存在许多的不利因素，例如：热扩散的不匹配、对材料具有选择性，而且较薄的抗反 射膜只允许小角度范围内的光进入。 增加太阳能光吸收的另一个发展方向是将不同带隙结构的单节电池串联形成可 以吸收不同波长太阳光的多结太阳电池，但是这种结构必须要保证每个亚电池产生的电流 相同，这种三结或多结太阳电池的成本较高，而且最底层的结对太阳能转换效率贡献较小。 金、银纳米结构在光照条件下具有非常好的表面等离基元性能。这一过程源自于 光照条件下金属纳米结构表面自由电子的周期性震荡，其在很多的光电子过程中得到了应 用，比如：表面增强拉曼散射（SERS)，光发射器，生物传感器等。金、银纳米结构的等离激元 的共振频率与可见光或是近红外光相匹配，能强烈的增强其吸收或散射，因此可以用来提 高太阳能电池的光吸收效率。 1998年，H. F. Ghaemi等通过实验证明了 Ag表面等离基元亚波长的孔洞结构可以 增强透射（Phys. Rev. B. 58, 6779, 1998)。其制备方法是利用热蒸发作用在石英衬底上沉积 厚度为0· 2-0. 5um的Ag薄膜。然后再利用Micrion9500聚集离子束（FIB)系统在Ag薄膜 上制作出亚波长的孔洞阵列，并利用Cary-5分光光度计对0. 2-0. 3um范围内的不连贯的光 观察其透射光谱。当孔洞阵列周期a=600nm，孔洞直径d=150nm，薄膜厚度t=200nm比光透 入深度（20nm)要大的多，在波长λ =323nm处会出现尖锐的共振峰，而其它波长处的透射光 谱则未发生改变。 中国专利CN103094375A提出了利用铝纳米颗粒表面等离基元陷光技术的太 阳电池。该方法的具体实施步骤为：（1)利用磁控溅射设备在不锈钢衬底上沉积厚度为 50-100nm的ΙΤ0或ΑΙ0透明导电薄膜，沉积真空度为6X 10-4Pa ; (2)在同一溅射空腔内， 沉积气压为〇. K3Pa，衬底温度为120-200°C的条件下沉积厚度约为15-60nm的薄膜；（3)在 300-400°C下进行原位或在氮气保护下退火1. 5-3小时形成铝纳米颗粒阵列；(4)在铝纳米 颗粒阵列上采用化学气相沉积法制备常规的硅薄膜或硅锗NIP结；（5)在沉积气压l-2Pa， 衬底温度为200°C左右的条件下，在NIP结上利用磁控溅射设备沉积5-15nm厚的ZnO薄膜； (6)利用方法（2)、（3)在ZnO薄膜上制备出颗粒尺寸在15-30nm左右的铝纳米阵列，这两 个纳米阵列可以激发表面等离基元，通过改变颗粒尺寸和密度调节表面等离基元的共振频 率；（7)利用方法（1)制备透明电极。但是该种方法具有以下几点的不足之处：（1)沉积铝 薄膜对气压和温度有一定的要求，调节过程复杂，（2)需要对薄膜进行热处理，如果温度过 高会对太阳能电池的外延结构产生影响；（3)制备和生产成本较高。 中国专利CN102184975A专利技术了一种在现有的薄膜太阳能电池的顶电极表面加入 了纳米尺度的金属铝圆柱体颗粒，引入表面等离基元共振效应，增强太阳能电池对光的吸 收率，提高转换效率的方法。具体实施步骤为：（1)在传统的厚度约为l_2um的硅薄膜太阳 能电池上沉积背电极；（2)在η型娃一侧表面上沉积厚度为10-100nm的氧化铟锡表面透明 电极；（3)在ΙΤ0表面沉积厚度为10-500nm的铝薄膜；(4)在铝薄膜上旋涂正光刻胶；（5) 对正光刻胶曝光、显影形成半径为10_200nm，高度为10-500nm的圆柱状阵列；(6)用反应离 子刻蚀去除没有光刻胶覆盖的铝薄膜；（7)去除光刻胶，在ΙΤ0表面形成圆柱状金属铝薄膜 阵列。这种方法的不足之处在于：（1)这种技术需要旋涂光刻胶，对光刻胶进行曝光、显影， 再去除光刻胶等光刻的过程。制备过程复杂，增加生产周期且成本较高。（2)反应离子刻蚀 对刻蚀中心和边缘的刻蚀速率不同，铝薄膜刻蚀不完全。 中国专利CN102185037A提出在硅纳米柱太阳电池中加入金属铝纳米圆柱体引入 局域表面等离基元效应，从而提高太阳电池的光电转换效率。在此过程中需要用到物理气 相沉积、电子束刻蚀、化学气相沉积、化学机械抛光等技术，这种方法制备过程非常复杂，大 大增加了生产成本。 美国专利US20130816992A1利用特殊的电解质溶液进行阳极氧化，在Si太阳能电 池表面形成多孔结构，通过孔结构内的金属纳米颗粒的表面等离基元工作作用，可以增强 吸光，减少反射从而增强太阳能电池的效率。但是此专利技术对太阳能电池材料和电解质溶液 具有选择性。 综上所述，在以上的文章和专利中提到的利用金属等离基元结构增强光吸收的技 术中，都是利用蒸镀的方法沉积一层薄膜，然后通过不同的加工方法处理成纳米级的颗粒 或圆柱体。其共同的特点是制备过程复杂，生产周期较长，生产成本较高。
技术实现思路
针对以上技术中的不足，本专利技术提出了一种利用自生长贵金属等离基元纳米结 构。 本专利技术还公开上述结构在提高GalnP基太阳能电池光吸收的应用。利用化学方法 在太阳能电池的表面直接形成贵金属纳米等离基元结构的过程不需要热处理、物本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种利用自生长贵金属等离基元纳米结构，其特征在于，该纳米结构包括在太阳电池表面n型AlInP层上制备出贵金属纳米结构。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：刘铎，张茜，林贯军，左致远，林晓煜，徐现刚，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东;37
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