一种双层分裂式光栅结构的硅基薄膜太阳能电池制造技术

本发明专利技术公开了一种双层分裂式光栅结构的硅基薄膜太阳能电池，其包括Ag基底层，在Ag基底层上逐层设置有AZO钝化层、下光栅层、硅吸收层、上光栅层和AZO抗反射层；其中，下光栅层和上光栅层分别包括至少一个光栅周期，每个光栅周期是由Si条和AZO条沿着硅基薄膜太阳能电池宽度方向依次交替排列构成。本发明专利技术的结构中，上下光栅层之间的相位不匹配和宽度不相等可以形成更多的衍射级次，提高了硅基薄膜太阳能电池在全波段的光吸收效率，尤其在近红外波段的吸收效率提升明显。的吸收效率提升明显。的吸收效率提升明显。

【技术实现步骤摘要】
Opt.Express 21,A382
–
A391(2013).)。Abass等人设计了一种吸收层厚度为200nm的双界面三角形光栅结构，发现非对称光栅结构的光吸收效率要优于对称光栅结构的光吸收效率(A.Abass,K.Q.Le,A.AL
ù
,M.Burgelman,and B.Maes,“Dualinterface gratings for broadband absorption enhancement in thin
‑
film solar cells,”Phys.Rev.B 85,115449(2012).)。
[0006]光栅结构在硅基薄膜太阳能电池中作为一种有效的宽带陷光结构，对其设计时要考虑光栅的数量、形状、周期、占空比、尺寸、空间分布结构等参数。事实上，研究人员对于光栅结构尤其是双层光栅结构的关注比较少，仍然需要对此做大量的研究工作。

技术实现思路

[0007]为了解决现有技术中硅基薄膜太阳能电池在近红外波段光吸收效率很低的问题，本专利技术提出了一种双层分裂式光栅结构的硅基薄膜太阳能电池。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：
[0009]一种双层分裂式光栅结构的硅基薄膜太阳能电池，其特点在于：所述硅基薄膜太阳能电池包括Ag基底层，在所述Ag基底层上逐层设置有AZO钝化层、下光栅层、硅吸收层、上光栅层和AZO抗反射层；所述下光栅层和所述上光栅层分别包括至少一个光栅周期；所述光栅周期是由Si条和AZO条沿着硅基薄膜太阳能电池宽度方向依次交替排列构成。
[0010]优选的，所述Ag基底层厚度为200nm，所述AZO钝化层厚度为50nm、所述下光栅层的厚度为100nm、所述硅吸收层的厚度为400nm、所述上光栅层的厚度为100nm，所述AZO抗反射层的厚度为60nm。
[0011]本专利技术所述的硅基薄膜太阳能电池，还具有如下特点：
[0012]所述上光栅层中，一个光栅周期内Si条和AZO条的总条数为2N+1；从左到右的N条中，各条宽度为w
‑
n
＝Q
×
(1
‑
a)(a+b
‑
1)
n
‑1，n依次取从1到N的正整数；从右到左的N条中，各条宽度为w
+n
＝Q
×
(1
‑
b)(a+b
‑
1)
n
‑1，n依次取从1到N的正整数；最中间一条的宽度为d
u
＝Q
×
(a+b
‑
1)
N
；
[0013]所述下光栅层中，一个光栅周期内Si条和AZO条的总条数为2N+1；从左到右的N条中，各条宽度为t
‑
n
＝Q
×
(1
‑
c)(c+d
‑
1)
n
‑1，n依次取从1到N的正整数；从右到左的N条中，各条宽度为t
+n
＝Q
×
(1
‑
d)(c+d
‑
1)
n
‑1，n依次取从1到N的正整数；最中间一条的宽度为d
d
＝Q
×
(c+d
‑
1)
N
；
[0014]其中：N代表上、下光栅层的分裂级数，N取正整数；Q为一个光栅周期的宽度；a、b、c、d为分裂因子，取值在0.5～1范围内。
[0015]优选的，Q取500nm，N＝3。
[0016]与现有的技术相比，本专利技术优点在于：
[0017]1、本专利技术所用的双层分裂式光栅，当a≠c和/或b≠d时，是一种相位不匹配的光栅，相比于规则排列的光栅，上下光栅的相位不匹配很好地增加了衍射级次和光在吸收层内的传播路径，吸收层内电磁场强度均得到了区域性增强，从而有效地提高了光吸收效率、实现了较好的吸收增强，尤其在近红外波段的吸收增强效果明显。
[0018]2、本专利技术的上、下光栅层是由Si条和AZO条依次交替排列构成，既可以减少硅的使用量，节约材料成本，又易于加工制造，降低加工成本。
附图说明
[0019]图1～图3为本专利技术提出的一种双层分裂式光栅结构的硅基薄膜太阳能电池的平面结构示意图，其中图1～图3分别对应分裂级数N＝1、2、3。
[0020]图4、图5为本专利技术提出的一种双层分裂式光栅结构的硅基薄膜太阳能电池(分裂级数N＝3)中上、下光栅层的一个光栅周期的平面结构示意图，其中图4、图5分别对应上、下光栅层。
[0021]图6为本专利技术作为对比的平板结构(没有上下光栅层)的硅基薄膜太阳能电池的平面结构示意图，其硅层厚度为(400+H)nm。
[0022]图7为本专利技术提出的一种双层分裂式光栅结构的硅基薄膜太阳能电池与平板结构的硅基薄膜太阳能电池的吸收光谱图。
[0023]图8为本专利技术提出的一种双层分裂式光栅结构的硅基薄膜太阳能电池的吸收增强谱图，由图7中的双层分裂式光栅结构的硅基薄膜太阳能电池的吸收谱除以平板结构的硅基薄膜太阳能电池的吸收谱得到。
[0024]图9为本专利技术提出的一种双层分裂式光栅结构的硅基薄膜太阳能电池在图8的两个吸收增强峰值处TE偏振光和TM偏振光下的电场强度分布图；
[0025]图10为本专利技术提出的一种双层分裂式光栅结构的硅基薄膜太阳能电池在图8的两个吸收增强峰值处TE偏振光和TM偏振光下的磁场强度分布图；
[0026]图中标号：1
‑
AZO抗反射层、2
‑
上光栅层、3
‑
硅吸收层、4
‑
下光栅层、5
‑
AZO钝化层、6
‑
Ag基底层。
具体实施方式
[0027]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。
[0028]在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。
[0029]本专利技术的双层分裂式光栅结构的硅基薄膜太阳能电池，包括Ag基底层，在Ag基底层上逐层设置有AZO钝化层、下光栅层、硅吸收层、上光栅层和AZO抗反射层。其中，下光栅层和上光栅层分别包括至少一个光栅周期；所述光栅周期是由Si条和AZO条沿着硅基薄膜太阳能电池宽度方向依次交替排列构成。图1～图3示意了一个光栅周期的双层分裂式光栅结构的硅基薄膜太阳能电池的平面结构。
[0030]其中：Ag基底层厚度为200nm，AZO钝化层厚度为50n本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双层分裂式光栅结构的硅基薄膜太阳能电池，其特征在于：所述硅基薄膜太阳能电池包括Ag基底层，在所述Ag基底层上逐层设置有AZO钝化层、下光栅层、硅吸收层、上光栅层和AZO抗反射层；所述下光栅层和所述上光栅层分别包括至少一个光栅周期；所述光栅周期是由Si条和AZO条沿着硅基薄膜太阳能电池宽度方向依次交替排列构成。2.根据权利要求1所述的硅基薄膜太阳能电池，其特征在于：所述Ag基底层厚度为200nm，所述AZO钝化层厚度为50nm、所述下光栅层的厚度为100nm、所述硅吸收层的厚度为400nm、所述上光栅层的厚度为100nm，所述AZO抗反射层的厚度为60nm。3.根据权利要求1所述的硅基薄膜太阳能电池，其特征在于：所述上光栅层中，一个光栅周期内Si条和AZO条的总条数为2N+1；从左到右的N条中，各条宽度为w
‑
n
＝Q
×
(1
‑
a)(a+b
‑
1)
n
‑1，n依次取从1到N的正整数；从右到左的N条中，各条宽度为w
+n
＝Q
×
(1
‑
b)(a+b
‑
1)
...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑红梅，于迎春，陈科，吴胜，郑念红，田文立，刘志杰，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：