半导体太阳电池表面的多层金属纳米颗粒结构及制备方法技术

一种半导体太阳电池表面的多层金属纳米颗粒结构的制备方法，包括如下步骤：步骤1：在半导体太阳能电池的表面生长一层第一介质膜；步骤2：在第一介质膜上生长一层金属纳米颗粒；步骤3：在金属纳米颗粒的上面再生长一层第二介质膜，并对第二介质膜进行平坦化处理；步骤4：在第二介质膜上生长一层金属纳米颗粒；步骤5：重复步骤3和步骤4，使在第一介质膜的表面重复交替生长金属纳米颗粒和第二介质膜，最后一层为金属纳米颗粒。本发明专利技术通过改变不同层上金属纳米颗粒的尺寸和种类可以扩展表面等离子体对入射光的作用范围。

【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及表面等离子体
，提出利用多层表面等离子体结构减小入射光反射，为提高太阳能电池光吸收提供了一种新的结构。
技术介绍
太阳能电池发电成本同传统火力、水力发电成本相比很高。为了提高太阳能电池的竞争力必须提高太阳能电池的转换效率和降低成本。高效薄膜太阳能电池可以节省大量 材料，成本可大幅降低。发展高效薄膜太阳能将成为未来光伏研发的重点方向。对薄膜电池来说，长波长光吸收较弱，特别是非直接带隙半导体材料(比如硅)。因此，增强薄膜电池光吸收对提高太阳能电池光电转换效率至关重要。传统电池可以用减反膜结构、表面金字塔结构减小太阳光反射，增加光吸收。但是，这些方法对薄膜电池并不适用。最近，利用金属纳米颗粒激发表面等离子体激元增强薄膜电池、有机半导体电池光吸收成为光伏研究领域的一个热点。贵金属(Au、Ag、Cu、Al等)纳米颗粒激发的表面等离子体共振频率主要在太阳光谱的可见光和红外区域，可以利用表面等离子体激元增强太阳电池光吸收。入射光受表面等离子体作用，大部分入射光将被散射进入折射率较大的介质中。另外，散射光进入电池光吸收层时入射角范围很大，吸收层中光程大大延长。表面等离子体激元独特的光学性质在光伏电池领域有着广泛的应用前景，已经成为一个研究热点。然而，表面等离子体作用对入射光的作用范围相对集中，主要在表面等离子体共振峰附近。由于半导体太阳能电池的吸收谱较宽(比如晶体硅太阳能电池的光吸收谱在300nm-l IOOnm之间)，单层表面等离子体不可能有效散射所有的入射光。表面等离子体特性强烈依赖于颗粒的尺寸、材料等特性，本专利技术提出的多层表面等离子体结构通过改变各层颗粒的尺寸、种类大大扩展了对入射光的作用波段，对于提高半导体太阳能电池的光吸收有重要的意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供了一种半导体太阳电池表面的多层金属纳米颗粒结构的制备方法。由于不同尺寸、不同种类金属纳米颗粒激发的表面等离子体仅对特定范围入射光起作用，本专利技术通过改变不同层上金属纳米颗粒的尺寸和种类可以扩展表面等离子体对入射光的作用范围。本专利技术提供一种半导体太阳电池表面的多层金属纳米颗粒结构的制备方法，包括如下步骤步骤I :在半导体太阳能电池的表面生长一层第一介质膜；步骤2 :在第一介质膜上生长一层金属纳米颗粒；步骤3 :在金属纳米颗粒的上面再生长一层第二介质膜，并对第二介质膜进行平坦化处理；步骤4 :在第二介质膜上生长一层金属纳米颗粒；步骤5 :重复步骤3和步骤4，使在第一介质膜的表面重复交替生长金属纳米颗粒和第二介质膜，最后一层为金属纳米颗粒。其中该第一介质膜的材料为二氧化硅或氮化硅，厚度为lnm-100nm。其中金属纳米颗粒的材料为金、银、铜或铝，其半径为10nm-150nm。其中第二介质膜的材料为二氧化硅或氮化硅，其厚度大于金属纳米颗粒的直径。其中所述的重复步骤3和步骤4的次数为8-10次。 与现有技术相比，本专利技术具有以下积极效果I、由于单层金属纳米颗粒结构的颗粒尺寸单一，表面等离子体仅对某一范围的入射光起作用。本专利技术通过调整多层纳米颗粒的尺寸，扩展了表面等离子体对入射光的作用范围；2、由于单层金属纳米颗粒结构的颗粒材料单一，一定尺寸的纳米颗粒激发的表面等离子体仅对一定范围的入射光起作用。本专利技术通过调整多层纳米颗粒的种类，扩展了表面等离子体对入射光的作用范围；3、同时改变金属纳米颗粒的尺寸和种类可大大扩展表面等离子体对入射光的作用范围。附图说明为使本专利技术的目的、内容、优点更加清楚明白，下面将参照附图结合实施例进行详细说明如后，其中图I为本专利技术太阳能电池表面双层金属纳米颗粒结构的制作方法流程图；图2为本专利技术的结构示意图。具体实施例方式请参阅图I和图2所示，本专利技术提供一种半导体太阳电池表面的多层金属纳米颗粒结构的制备方法，包括如下步骤步骤I :在半导体太阳能电池I的表面(正面或者反面均可)生长一层第一介质膜2，该第一介质膜2的材料为二氧化硅或氮化硅，厚度为lnm-100nm。该膜把太阳电池与金属纳米颗粒分开，降低太阳电池表面载流子复合速率。本专利技术实现过程与太阳电池制备过程无关，因此几乎所有太阳能电池都可以使用本专利技术提高入射光进入电池光吸收层的效率；步骤2 :在第一介质膜2上生长一层金属纳米颗粒3，该金属纳米颗粒3的材料为金、银、铜或铝，其半径为10nm-150nm。金属纳米颗粒在入射光的激发下形成表面等离子体，将入射光定向地散射进入太阳电池内部；；步骤3 :在金属纳米颗粒3的上面再生长一层第二介质膜4，然后对介质膜进行平坦化处理。该第二介质膜4的材料为二氧化硅或氮化硅，其厚度大于金属纳米颗粒3的直径;步骤4 :在第二介质膜4上生长一层金属纳米颗粒3 ；步骤5 :重复步骤3和步骤4，使在第一介质膜2的表面重复交替生长金属纳米颗粒3和第二介质膜4，最后一层为金属纳米颗粒3，所述的重复步骤3和步骤4的次数为8-10次。以上所述，仅为本专利技术中的具体实施方式，但本专利技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本专利技术所揭露的技术范围内，可轻易想到的变换或替换，都应涵盖在本专利技术的包含范围之内。因此，本专利技术的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。 ·本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体太阳电池表面的多层金属纳米颗粒结构的制备方法，包括如下步骤：步骤1：在半导体太阳能电池的表面生长一层第一介质膜；步骤2：在第一介质膜上生长一层金属纳米颗粒；步骤3：在金属纳米颗粒的上面再生长一层第二介质膜，并对第二介质膜进行平坦化处理；步骤4：在第二介质膜上生长一层金属纳米颗粒；步骤5：重复步骤3和步骤4，使在第一介质膜的表面重复交替生长金属纳米颗粒和第二介质膜，最后一层为金属纳米颗粒。

【技术特征摘要】
1.一种半导体太阳电池表面的多层金属纳米颗粒结构的制备方法，包括如下步骤 步骤I:在半导体太阳能电池的表面生长一层第一介质膜； 步骤2 :在第一介质膜上生长一层金属纳米颗粒； 步骤3 :在金属纳米颗粒的上面再生长一层第二介质膜，并对第二介质膜进行平坦化处理； 步骤4 :在第二介质膜上生长一层金属纳米颗粒； 步骤5 :重复步骤3和步骤4，使在第一介质膜的表面重复交替生长金属纳米颗粒和第二介质膜，最后一层为金属纳米颗粒。2.根据权利要求I所述的半导体太阳电池表面的多层金属纳米颗粒结构...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐锐，王晓东，时彦朋，刘雯，徐晓娜，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：