一种应用非均匀氮化硅抗反射膜的聚光太阳能电池制造技术

一种应用非均匀氮化硅抗反射膜的聚光太阳能电池，属于新能源领域的光伏领域。具有增强太阳光透射，降低成本的特点。所述的聚光使用的是菲涅尔透镜，菲涅尔透镜具有透光散射的特点，并能降低物料成本。所述的非均匀氮化硅薄膜的作用是对散射后的不同波长太阳光进行透射增强。在仿真模拟中得到了显著增强的透射效果。本发明专利技术提出了一种应用非均匀氮化硅抗反射膜的聚光太阳能电池结构、非均匀薄膜的制作方法以及菲涅尔透镜的参数选择。通过引入相应的介质层，可以调控pecvd设备反应腔内的电场，从而得到厚度由中间向四周均匀变化的氮化硅薄膜。菲涅尔透镜的散射光斑需要与不同厚度进行匹配才能达到最佳的透射效果。行匹配才能达到最佳的透射效果。行匹配才能达到最佳的透射效果。

【技术实现步骤摘要】
一种应用非均匀氮化硅抗反射膜的聚光太阳能电池


[0001]本专利技术属于新能源领域的光伏领域，尤其涉及一种新型的具有非均匀抗反射氮化硅膜的聚光太阳能电池结构。
技术背景
[0002]能源是人类社会运行发展的基石，随着经济发展，人类社会对能源的需求也迅猛增长。在国际对未来“碳中和”目标逐渐达成共识的当下，作为清洁能源的太阳能电池逐渐得到了各国的大力推广和广泛关注。然而，目前太阳能电池的用电成本和制造成本高仍然是太阳能电池广泛应用的最大阻力。其最好的解决办法就是在大规模商用降低成本的前提下，能够提高太阳能电池的转化效率。目前商用的太阳能电池主要受限于硅料的成本，面积越大成本也将会越高。并且由于抗反射薄膜厚度固定，对太阳光的抗反射效果也将受限，使用成本居高不下。
[0003]在太阳能电池表面沉积抗反射膜，增强电池对太阳光吸收已经成为提高转化效率的重要手段。目前普遍使用70
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75nm的氮化硅薄膜作为抗反射介质膜，可以增强太阳光中560
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600nm波长的透射能力，整体透射率能达到87％左右。但是在这个波长范围外的波，尤其是短波和近红外的波长无法达到增强透射的效果。如果能够将不同的波长在不同的厚度上实现吸收，那么就可以达到增强整体透射的能力。调节薄膜不同区域的厚度，可以实现从300nm
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1200nm的透射能力。
[0004]现有的高效太阳能电池虽然在实验室以及取得了十分优异的转化效率，但是由于材料成本原因，距离大规模商用还有较远的距离。在现有的生产线上进行相应的改进也是进来太阳能电池的应用中非常重要的一环。聚光太阳能电池是第三代太阳能电池的重要研究方向，具有转换效率高，成本低的优点。由于具有聚光结构，可以将电池的尺寸做的很小，节省硅料成本。为了得到均匀的聚光效果，并减少透镜的厚度，以降低成本，菲涅尔聚光镜在聚光太阳能电池领域获得了广泛应用。菲涅尔透镜相较于普通透镜，具有一层层纹理的同心圆，它的纹理则会根据光的干涉以及接收角和灵敏度来设计，菲涅尔透镜通过将凸透镜中的曲面划分成一层层的同心圆，并将曲面中光直线传播的厚度削减，使得整个透镜的用料成本得到极大地降低。并可以改变每一层同心圆的纹理，可以得到亮暗不同的区域，从而得到比较均匀的聚光光斑。也可以通过色散原理得到色散同心圆。
[0005]在能源革命日益急迫的当下，急需一种能够在现有的太阳能电池生产工艺下，有效降低太阳能电池使用成本，并提高能量转化率的电池生产技术的出现。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种应用非均匀氮化硅抗反射膜的聚光太阳能电池，可以提高氮化硅薄膜的抗反射效果，并在现有的太阳能电池生产线下做少量工艺参数的调整，可以通过聚光提高转化效率，降低成本。
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案如下：
[0008]一种应用非均匀氮化硅薄膜的聚光太阳能电池的具体步骤包括：
[0009]步骤一，在提供的高性能太阳能电池上，在等离子增强化学气相沉积反应炉中依次放入介质垫片和太阳能电池，可以得到非均匀厚度的氮化硅薄膜。
[0010]步骤二，太阳能电池使用菲涅尔透镜封装，实现聚光。
[0011]进一步地，步骤1所述的高性能太阳能电池可以是硅基的太阳能电池，也可以是多结太阳能电池，染料敏化电池，钙钛矿电池等中任意一种。
[0012]进一步地，步骤1所述等离子增强化学气相沉积中的介质垫片可以是Ge、GaAs、SiC、石英中的任意一种。
[0013]进一步地，步骤1所述等离子增强化学气相沉积使用的反应气体是SiH4、N2和NH3，其中SiH4有5％的N2进行稀释。SiH4流量为150sccm～250sccm，N2流量为120sccm～200sccm，NH3流量为20sccm～40sccm；气压为600mT，半导体衬底温度为180℃～300℃，射频功率为60W～80W。
[0014]进一步地，步骤1所述离子增强化学气相沉积中沉积的薄膜应为中间36nm，边缘140nm左右，
[0015]薄膜厚度由中间向边缘逐渐变厚，呈2次曲线的变化。变化的速度受到菲涅尔镜色散调控，越接近线性越好。
[0016]进一步地，步骤1得到的非均匀氮化硅薄膜中，H含量高于2*10
18
/cm2。
[0017]进一步地，步骤2中使用的菲涅尔透镜其弧度应该具有一致性，保证一定的散射性。
[0018]进一步地，步骤2中使用的菲涅尔透镜其厚度应尽量薄，小于1mm。
[0019]需要说明的是，本专利技术只有应用非均匀氮化硅薄膜，并具有较高的氢含量才会有更好的效果。
[0020]本专利技术的原理如下：
[0021]当菲涅尔镜的弧度具有一致性时，会存在一定的色散，从而形成稳定的色散光斑，不同的颜色也就代表着不同的波长。而通过光的干涉容易知道，当薄膜厚度达到λ/4n的整数倍时(n为抗反射膜的折射率)，该波长的光的透射可以得到增强。除此之外，在等离子体化学气相沉积中，通过添加相应的介质块可以改变电场分布。存在介质的空间中电场减小，沉积薄膜的速度也因此降低。通过介质调制电场可以得到非均匀厚度的氮化硅薄膜。当氮化硅薄膜厚度从中间36nm向边沿140nm均匀增加时，可以对波长300nm
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1120nm的光都有增强的作用。通过matlab仿真得到，在光照为AM1.5的强度下，均匀薄膜的最佳厚度为69nm，最佳透射率为85％。而非均匀的氮化硅薄膜可以达到98.56％的透射率，能够得到显著提升。
[0022]与现有的技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0023]本专利技术提出了一种聚光太阳能电池结构，并设计了其有效的制备方法，能够在传统的菲涅尔透镜下使用，巧妙的利用了菲涅尔透镜中存才的色散特性，将色散后不同波长的光在不同的厚度抗反射膜下增强透射，在matlab仿真下证实可以显著提升抗反射性能。并且表面厚度与色散光波长相匹配时，效果达到最佳。
[0024]本专利技术提供了一种非均匀氮化硅薄膜的制备方法，当在沉积薄膜时，在衬底与底电极之间加上一层介质层对电场进行调制可以得到非均匀非氮化硅薄膜，甚至改变介质的厚度可以得到近线性变化的氮化硅薄膜，中间36nm，到边缘120nm时具有最佳的透射能力。
附图说明
[0025]图1为本专利技术提供的一种应用非均匀氮化硅抗反射膜的聚光太阳能电池的制作方法流程图。
[0026]图2a
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2c为本专利技术提供的一种应用非均匀氮化硅抗反射膜的聚光太阳能电池氮化硅薄膜的制备方法。其中，1为太阳能电池，2为介质薄膜，3为pecvd的底电极。
[0027]图3为本专利技术中太阳能电池实际工作时的工作原理示意图。其中，4为太阳光束，5为菲涅尔聚光镜，6是太阳光束聚光后色散得到的光斑，7是具有非均匀氮化硅薄膜的太阳能电池，8为非均匀氮化硅薄膜。
[0028]图4为氮化硅薄膜不同厚度在不同波长下，氮化硅抗反射薄膜的反射率三维曲线。横坐标是氮化本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种应用非均匀氮化硅薄膜的聚光太阳能电池的结构，包括高效太阳能电池、非均匀氮化硅薄膜，菲涅尔透镜。2.根据权利1所述的太阳能电池结构，效太阳能电池可以是单晶硅电池、多晶硅电池、染料敏化电池、钙钛矿电池、多结电池等中的任意一种。3.根据权利1所述的太阳能电池结构，其非均匀氮化硅薄膜的厚度为36nm
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130nm...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟志亲，罗翔，李南航，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：