一种利用岛状银纳米颗粒增强铜铟镓硒太阳能电池效率的方法技术

本发明专利技术提供一种利用岛状银纳米颗粒增强铜铟镓硒太阳能电池效率的方法，所述制备方法包括：钼层制备步骤，采用磁控溅的方法在基底表面制备钼层；银纳米薄膜制备步骤，在得到的钼层表面制备一层银纳米薄膜；岛状银纳米颗粒单层结构制作步骤，采用退火工艺使银纳米薄膜退火为岛状银纳米颗粒单层结构；制备太阳能电池其它结构步骤，在包含基底、钼层和岛状银纳米颗粒单层结构的多层材料表面依次制备纳米钼层、铜铟镓硒层、硫化镉层、本征氧化锌层、掺铝氧化锌层，得到具有高效率的太阳能电池。制备工艺简单且易于工业化生产，本方法可以有效提高铜铟镓硒太阳能电池的效率。

A method to enhance the efficiency of copper-indium-gallium-selenium solar cells using Island silver nanoparticles

The invention provides a method for enhancing the efficiency of copper, indium, gallium and selenium solar cells by using Island silver nanoparticles. The preparation methods include: preparation steps of molybdenum layer, preparation of molybdenum layer on the base surface by magnetron sputtering; preparation steps of silver nanofilm, preparation of a silver nanofilm on the surface of molybdenum layer obtained; preparation steps of single layer structure of island silver nanoparticles, and annealing process. The silver nano-film is annealed to be a single layer structure of island silver nanoparticles; the other structural steps of solar cell preparation are to prepare nano-molybdenum layer, copper indium gallium selenium layer, cadmium sulfide layer, intrinsic zinc oxide layer and Aluminium-doped zinc oxide layer on the surface of multi-layer materials containing substrate, molybdenum layer and single layer structure of island silver nanoparticles in turn. The preparation process is simple and easy to industrialize. This method can effectively improve the efficiency of copper, indium, gallium and selenium solar cells.

【技术实现步骤摘要】
一种利用岛状银纳米颗粒增强铜铟镓硒太阳能电池效率的方法
本专利技术涉及太阳能电池
，特别涉及一种利用岛状银纳米颗粒增强铜铟镓硒太阳能电池效率的方法。
技术介绍
太阳能电池是当前绿色能源的重要组成部分，其中，铜铟镓硒电池由于其原材料来源广泛、生产成本低、效率高等优势，具有广阔的市场前景。近年来，以不锈钢为基板的铜铟镓硒薄膜太阳能电池凭借其成本低廉、工艺成熟、应用范围广等优势，逐渐从各种类型的薄膜太阳能电池中脱颖而出，在全球范围内掀起了一波投资热潮。虽然相对其它种类薄膜电池，铜铟镓硒电池效率具有一定优势，但与传统晶体硅太阳能电池比较，铜铟镓硒薄膜电池效率还不够理想。因此，在现有工艺条件下进一步增强铜铟镓硒电池效率是提升产品竞争力的关键技术。在近期太阳能电池技术发展过程中，利用纳米材料的表面效应以及独特光电效应是提升太阳能电池光电转换效率的有效途径之一。其中金属纳米颗粒，即可以对光起到强烈散射作用，又可以有效提高附近光伏材料的光场强度，增强吸收。进而提高太阳能电池对入射光的整体吸收率。这项技术应用于其它种类电池的案例已在科技文献中广为报道。而对于现行的铜铟镓硒电池，由于材料晶格的特殊要求，纳米材料的添加往往受到诸多限制。如在铜铟镓硒光伏层或硫化镉层缓冲层中加入纳米颗粒，虽然会增强光吸收，然而往往带来载流子的负面符合，造成光电效率的下降。因此，当前还未出现较为容易实现的纳米颗粒增强铜铟镓硒电池的具体方案。因此，如何通过较为简单的工艺实现以银纳米颗粒增强铜铟镓硒太阳能电池效率，成为亟需解决的问题。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是提供一种利用岛状银纳米颗粒增强铜铟镓硒太阳能电池效率的方法，包括以下步骤：a)钼层制备步骤，采用磁控溅的方法在基底表面制备钼层；b)银纳米薄膜制备步骤，在步骤a)得到的钼层表面制备一层银纳米薄膜；c)岛状银纳米颗粒单层结构制作步骤，采用退火工艺处理步骤b)得到的包含基底、钼层和银纳米薄膜的多层材料，使银纳米薄膜退火为岛状银纳米颗粒单层结构；d)制备太阳能电池其它结构步骤，在包含基底、钼层和岛状银纳米颗粒单层结构的多层材料表面依次制备纳米钼层、铜铟镓硒层、硫化镉层、本征氧化锌层、掺铝氧化锌层，得到具有高效率的太阳能电池。可选的，步骤a)中，所述基底材料为钠钙玻璃和不锈钢中的一种。可选的，步骤a)中，所述钼层厚度在500nm-1500nm范围内。可选的，步骤b)中，所述银纳米薄膜的制备方法为磁控溅射和热蒸镀中的一种，所述银纳米薄膜厚度在5nm-15nm范围内。可选的，步骤c)中，所述退火工艺为在小于10-1帕斯卡的真空或者常压惰性气体的环境中，温度在150℃-350℃范围内，退火0.5-1h。可选的，步骤c)中，所述岛状银纳米颗粒单层结构为离散岛状随机排列的银纳米颗粒，银纳米颗粒尺寸范围在5-100纳米范围内，银纳米颗粒之间间隙在20-50纳米范围内。可选的，步骤d)中，所述纳米钼层、铜铟镓硒层、硫化镉层、本征氧化锌层、掺铝氧化锌层的制备方法为磁控溅射法。可选的，步骤d)中，所述纳米钼层、铜铟镓硒层、硫化镉层、本征氧化锌层、掺铝氧化锌层的厚度依次在20-100nm、1.5-2um、20-80nm、20-60nm和500-1500nm范围内。与现有技术相比，本专利技术提供的技术方案具有以下优点：本专利技术利用岛状银纳米颗粒增强铜铟镓硒太阳能电池效率，主要利用岛状银纳米结构作为增效介质，岛状银纳米颗粒微观表面具有波浪起伏的特征，在其表面制备纳米钼层时，纳米钼层覆盖在岛状银纳米颗粒层波浪起伏的表面，从而也具有波浪起伏的微观表面特征，这使得太阳能电池工作时，波浪起伏的微观表面可以作为反射介质，使垂直的入射光转化为大角度散射的太阳光，多次散射增加光伏材料吸收效果，同时这种纳米材料表面具有光场增强作用进一步提高太阳能电池吸收效率，进而提高太阳能电池的光电转换效率。本专利技术中岛状银纳米颗粒单层结构制作步骤所采用的退火工艺，在制备面积上没有限制，因此可以大面积制备这种薄膜，且整个制备过程简易可行，适合大规模工业化生产。附图说明图1是本专利技术一实施例利用岛状银纳米颗粒增强铜铟镓硒太阳能电池效率的方法的流程示意图；图2是本专利技术一实施例利用岛状银纳米颗粒增强铜铟镓硒太阳能电池效率的方法中制备岛状银纳米颗粒的示意图；图3是本专利技术一实施例利用岛状银纳米颗粒增强铜铟镓硒太阳能电池效率的方法中制备的岛状银纳米颗粒单层结构的俯视图；图4是本专利技术一实施例利用岛状银纳米颗粒增强铜铟镓硒太阳能电池效率的方法所制备的太阳能电池的结构示意图。具体实施方式由
技术介绍
可知，与传统晶体硅太阳能电池比较，铜铟镓硒薄膜电池效率还不够理想，目前提高铜铟镓硒电池光电转化效率的方案主要集中在利用纳米材料的表面效应增强光电效应这一方面，但是，目前还未出现操作简单，易于工业化生产的方案。分析存在上述问题的原因包括：对于铜铟镓硒电池，材料晶格具有的特殊要求，纳米材料的添加往往受到诸多限制。如在铜铟镓硒光伏层或硫化镉层缓冲层中加入纳米颗粒，虽然会增强光吸收，然而往往带来载流子的负面符合，造成光电效率的下降。因此，导致目前实现以纳米颗粒增强铜铟镓硒电池的具体方案较难实现。为了解决上述问题，本专利技术提供一种利用岛状银纳米颗粒增强铜铟镓硒太阳能电池效率的方法，能够以较简单的工艺提高太阳能电池效率。为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。参考图1至图4，图1示出了本专利技术利用岛状银纳米颗粒增强铜铟镓硒太阳能电池效率的方法的流程示意图；图2是本专利技术一实施例利用岛状银纳米颗粒增强铜铟镓硒太阳能电池效率的方法中制备岛状银纳米颗粒的示意图；图3是本专利技术一实施例利用岛状银纳米颗粒增强铜铟镓硒太阳能电池效率的方法中制备的岛状银纳米颗粒单层结构的俯视图；图4是本专利技术一实施例利用岛状银纳米颗粒增强铜铟镓硒太阳能电池效率的方法所制备的太阳能电池的结构示意图。如图1所示，本专利技术利用岛状银纳米颗粒增强铜铟镓硒太阳能电池效率的方法包括以下步骤：a)钼层制备步骤，采用磁控溅的方法在基底1表面制备钼层2；b)银纳米薄膜制备步骤，在步骤a)得到的钼层2表面制备一层银纳米薄膜31；c)岛状银纳米颗粒单层结构制作步骤，采用退火工艺处理步骤b)得到的包含基底1、钼层2和银纳米薄膜31的多层材料，使银纳米薄膜31退火为岛状银纳米颗粒3单层结构；d)制备太阳能电池其它结构步骤，在包含基底1、钼层2和岛状银纳米颗粒3单层结构的多层材料表面依次制备纳米钼层4、铜铟镓硒层5、硫化镉层6、本征氧化锌层7、掺铝氧化锌层8，得到具有高效率的太阳能电池。本专利技术中，所述钼层2的厚度既不能过厚也不能过薄。若所述钼层2的厚度过厚，则会导致纳米颗粒引起的波付界面不明显；若所述钼层2的厚度过薄，则会导致无法嵌入纳米颗粒。因此，本专利技术中所述基底1的材料为钠钙玻璃和不锈钢中的一种，所述钼层2的厚度在500nm-1500nm范围内。本专利技术中，所述银纳米薄膜31的厚度必须控制在有效范围内，即既不能过厚也不能过薄。因此，所述银纳米薄膜31的制备方法为磁控溅射和热蒸镀中的一种，所述银纳米薄膜31厚度在5nm-15本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用岛状银纳米颗粒增强铜铟镓硒太阳能电池效率的方法，其特征在于，包括以下步骤：a)钼层制备步骤，采用磁控溅的方法在基底表面制备钼层；b)银纳米薄膜制备步骤，在步骤a)得到的钼层表面制备一层银纳米薄膜；c)岛状银纳米颗粒单层结构制作步骤，采用退火工艺处理步骤b)得到的包含基底、钼层和银纳米薄膜的多层材料，使银纳米薄膜退火为岛状银纳米颗粒单层结构；d)制备太阳能电池其它结构步骤，在包含基底、钼层和岛状银纳米颗粒单层结构的多层材料表面依次制备纳米钼层、铜铟镓硒层、硫化镉层、本征氧化锌层、掺铝氧化锌层，得到具有高效率的太阳能电池。

【技术特征摘要】
1.一种利用岛状银纳米颗粒增强铜铟镓硒太阳能电池效率的方法，其特征在于，包括以下步骤：a)钼层制备步骤，采用磁控溅的方法在基底表面制备钼层；b)银纳米薄膜制备步骤，在步骤a)得到的钼层表面制备一层银纳米薄膜；c)岛状银纳米颗粒单层结构制作步骤，采用退火工艺处理步骤b)得到的包含基底、钼层和银纳米薄膜的多层材料，使银纳米薄膜退火为岛状银纳米颗粒单层结构；d)制备太阳能电池其它结构步骤，在包含基底、钼层和岛状银纳米颗粒单层结构的多层材料表面依次制备纳米钼层、铜铟镓硒层、硫化镉层、本征氧化锌层、掺铝氧化锌层，得到具有高效率的太阳能电池。2.根据权利要求1所述的一种利用岛状银纳米颗粒增强铜铟镓硒太阳能电池效率的方法，其特征在于，步骤a)中，所述基底材料为钠钙玻璃和不锈钢中的一种。3.根据权利要求1所述的一种利用岛状银纳米颗粒增强铜铟镓硒太阳能电池效率的方法，其特征在于，步骤a)中，所述钼层厚度在500nm-1500nm范围内。4.根据权利要求1所述的一种利用岛状银纳米颗粒增强铜铟镓硒太阳能电池效率的方法，其特征在于，步骤b)中，所述银纳米薄膜的制备方法为磁控溅射和热蒸镀中...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱圣清，王欣，朱云峰，黄海莲，居沐媛，
申请(专利权)人：江苏理工学院，
类型：发明
国别省市：江苏,32