一种太阳能电池及其制备方法技术

本发明专利技术涉及太阳能电池技术领域，具体涉及一种太阳能电池及其制备方法，包括衬底、背电极和吸收层，在背电极和吸收层之间还设置有纳米颗粒层，且纳米颗粒由电介质材料形成。纳米颗粒层可以增加入射光在吸收层中的散射，延长光程，增加陷光作用，从而显著提高吸收层中光的吸收，达到提高短路电流密度的目的。本发明专利技术提供的太阳能电池即节省了吸收层的材料，也提高了电池转换效率，并且制备方法简单，操作方便，重复性好，易于大规模生产。

A solar cell and its preparation method

The invention relates to the technical field of solar cells, in particular to a solar cell and a preparation method thereof, including a substrate, a back electrode and an absorption layer. There is also a nano-particle layer between the back electrode and the absorption layer, and the nano-particle is formed by a dielectric material. The nano-particle layer can increase the scattering of incident light in the absorption layer, prolong the optical path and increase the trapping effect, thus significantly improve the absorption of light in the absorption layer, and achieve the purpose of improving the short-circuit current density. The solar cell provided by the invention not only saves the material of the absorption layer, but also improves the conversion efficiency of the battery. The preparation method is simple, the operation is convenient, the repeatability is good, and the large-scale production is easy.

【技术实现步骤摘要】
一种太阳能电池及其制备方法
本专利技术涉及太阳能电池
，具体涉及一种太阳能电池及其制备方法。
技术介绍
近年来，薄膜太阳能电池成为光伏行业的发展趋势，它具有节省材料、提高生产速率、降低运输成本等优势。铜铟镓硒(CIGS)薄膜电池具有高光吸收系数、高转化效率、高稳定性、抗辐射能力和可调的禁带宽度等优势，最高效率可达22.9％，具有非常好的应用前景。但是CIGS薄膜电池中的铟和镓属于稀有金属，地球储量低且价格昂贵，严重制约了CIGS电池的大规模生产。因此，尽可能节省制备CIGS吸收层所需的材料是业界的重要研究课题。目前节省吸收层材料的的主要方法是制备超薄吸收层，即在垂直方向上降低吸收层的厚度,众所周知，传统薄膜CIGS太阳能电池吸收层的厚度为2-3μm，而以节省吸收层材料为目的的超薄CIGS太阳能电池吸收层的厚度则低于1μm。但该超薄CIGS太阳能电池量子效率低，对太阳光谱吸收能力变弱，尤其是对长波波段的吸收能力大幅降低，导致短路电流密度降低，电池转换效率降低；此外，背电极与吸收层界面载流子复合率增加，导致电池开路电压和填充因子降低。例如，《低温超薄高效Cu(In,Ga)Se2太阳电池的实现》(韩安军，孙云，李志国等,物理学报,2013,62(4):48402-048402.)公开了一种低温超薄高效Cu(In,Ga)Se2太阳电池，制备的超薄吸收层的厚度约为0.7μm，但短路电流密度(Jsc)仅为24-33mA·cm-2，开路电压(Voc)只有0.48-0.52V，填充因子(FF)在0.62-0.68％，电池转换效率仅仅10.3％。
技术实现思路
因此，本专利技术要解决的技术问题在于克服现有技术中的超薄太阳能电池光谱吸收能力低和电池转换效率低的缺陷，从而提供一种太阳能电池及其制备方法。为此，本专利技术的技术方案如下：一种太阳能电池，包括衬底、背电极和吸收层，在背电极和吸收层之间还设置有纳米颗粒层，且纳米颗粒由电介质材料形成。采用电介质纳米颗粒层，能够增加入射光在吸收层中的散射，有利于提高光吸收和提高短路电流密度。在一个具体的实施方式中，所述纳米颗粒层中的纳米颗粒呈等间距阵列排布。这种阵列结构可以降低吸收层和背电极的接触面积，从全面积接触变为点接触，从而降低了载流子的复合，增强载流子收集作用，提高电池开路电压和填充因子，改善电池整体性能。其中，进一步地，所述纳米颗粒层中的纳米颗粒为单层等间距阵列排布。这样，能够取得更好的改善效果。在一个具体的实施方式中，所述纳米颗粒的间距为50-100nm。进一步地，所述纳米颗粒粒径为200-300nm。入射光照射到纳米颗粒表面会反射回吸收层中，增加光程，通过有规律控制纳米颗粒的相对位置，可以更准确地优化光场分布，实现了对光生载流子电场分布的调节，提高了吸收层的光吸收。在一个具体的实施方式中，所述电介质材料为金属氧化物颗粒、陶瓷颗粒、聚合物颗粒中的至少一种。其中，例如，进一步地，所述金属氧化物颗粒包括二氧化钛、氧化铝和氧化铟中的至少一种；进一步地，所述陶瓷颗粒包括二氧化硅、氮化硼和碳化硅中的至少一种；进一步地，所述聚合物颗粒包括聚酰亚胺。采用所述的电介质材料，不会影响吸收层材料，不会影响光生载流子的传输，有利于电池性能的提高。在一个具体的实施方式中，所述衬底材料选自玻璃、不锈钢或聚酰亚胺。在一个具体的实施方式中，所述吸收层为CIGS层，所述背电极为金属钼。在一个具体的实施方式中，所述吸收层厚度为500-1000nm。采用该厚度有利于在发挥吸收层作用的同时，降低成本。在一个具体的实施方式中，所述背电极厚度为500-1000nm。在一个具体的实施方式中，所述太阳能电池还包括缓冲层和窗口层。进一步地，所述缓冲层材料为硫化镉、In2S3或Zn(O,S)，厚度为30-50nm。进一步地，所述窗口层厚度为500-1000nm，包括透明高阻层和透明导电层；透明高阻层的材料为本征氧化锌，厚度为40-60nm；透明导电层材料为掺铝氧化锌、掺锡氧化铟、掺锑氧化锡中的一种。一种上述太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：1)在衬底上形成背电极；2)在所述背电极上形成纳米颗粒层；3)在所述纳米颗粒层上依次形成吸收层、缓冲层和窗口层，即得太阳能电池。在一个具体的实施方式中，所述纳米颗粒层的形成采用压印光刻技术方法。在一个具体的实施方式中，所述纳米颗粒层中的纳米颗粒采用电子束蒸发方法得到。在一个具体的实施方式中，背电极的形成采用磁控溅射法。在一个具体的实施方式中，吸收层的形成采用共蒸发法或溅射后硒化法。在一个具体的实施方式中，缓冲层的形成采用化学水浴法。在一个具体的实施方式中，窗口层的形成采用磁控溅射法。本专利技术提供的太阳能电池，通过在背电极和吸收层之间设置电介质纳米颗粒层，以增加入射光在吸收层中的散射，延长光程，增加陷光作用，从而显著提高吸收层中光的吸收，达到提高短路电流密度的目的。本专利技术提供的太阳能电池的制备方法，纳米颗粒层的形成采用压印光刻技术，纳米颗粒采用电子束蒸发方法得到。简化了阵列结构的制备工艺，降低了生产成本，提高了生产效率。附图说明为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术太阳能电池结构示意图；图2是本专利技术纳米颗粒的等间距阵列排布示意图；图3是实施例1和对比例1的光谱吸收测试图；图4是实施例1和对比例1的量子效率测试图；图中附图标记表示为：1-衬底，2-背电极，3-纳米颗粒层，4-吸收层，5-缓冲层，6-透明高阻层，7-透明导电层。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例对本专利技术的太阳能电池及其制备方法进一步地详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不限定本专利技术。如图1所示，为本专利技术太阳能电池结构示意图；包括衬底1、背电极2、吸收层4、缓冲层5和窗口层，在背电极和吸收层之间还设置有纳米颗粒层3，且纳米颗粒由电介质材料形成。所述纳米颗粒层3可以增加入射光在吸收层中的散射，延长光程，增加陷光作用，从而显著提高吸收层中光的吸收，达到提高短路电流密度的目的。所述纳米颗粒层3中的纳米颗粒呈等间距阵列排布。优选地，所述纳米颗粒层3中的纳米颗粒为单层等间距阵列排布。单层等间距阵列排布可以避免纳米颗粒整体掺杂到光吸收层中对吸收层本身晶体结构的影响。如纳米颗粒为非等间距阵列排布，会影响CIGS吸收层中的光强分布，从而影响光吸收的均匀性，导致局部光电流不均匀，对电池的I-V性能产生影响。如图2所示，纳米颗粒的等间距阵列排布示意图；这种阵列结构可以降低吸收层和背电极的接触面积，从全面积接触变为点接触，从全面积接触变为点接触，从而降低了载流子的复合，增强载流子收集作用，提高电池开路电压和填充因子，改善电池整体性能。更优选地，所述纳米颗粒的间距为50-100nm。所述纳米颗粒粒径为200-300nm。通过控制粒径和间距实现了对光生载流子电场分布的调节，提高了吸收层的光吸收。本专利技术形成纳米颗粒的电介质材料没有特别的限定，只本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种太阳能电池，包括衬底、背电极和吸收层，其特征在于，在背电极和吸收层之间还设置有纳米颗粒层，且纳米颗粒由电介质材料形成。

【技术特征摘要】
1.一种太阳能电池，包括衬底、背电极和吸收层，其特征在于，在背电极和吸收层之间还设置有纳米颗粒层，且纳米颗粒由电介质材料形成。2.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述纳米颗粒层中的纳米颗粒呈等间距阵列排布。3.根据权利要求1或2所述的太阳能电池，其特征在于，所述纳米颗粒的间距为50-100nm。4.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述纳米颗粒粒径为200-300nm。5.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述电介质材料包括金属氧化物颗粒、陶瓷颗粒和聚合物颗粒中的至少一种。6.根据权利要求5所述的太阳能电池，其特征在于，所述金属氧...

【专利技术属性】
技术研发人员：王岚，
申请(专利权)人：北京铂阳顶荣光伏科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11