一种薄膜太阳能电池及其制作方法技术

一种薄膜太阳能电及其制作方法，属于太阳能利用技术领域，解决现有薄膜太阳能电池的陷光效率低或成本高的问题。本发明专利技术薄膜太阳能电池片，由衬底层、光吸收层和覆盖层构成，覆盖层上表面或衬底层下表面、或者覆盖层上表面和衬底层下表面随机分布多个纳米孔或多个纳米柱。本发明专利技术第一种制作方法包括多孔氧化铝膜制作、多孔氧化铝膜加载、一次刻蚀、二次刻蚀、去除掩膜步骤；本发明专利技术第二种制作方法包括多孔氧化铝膜制作、防粘处理、纳米压印、刻蚀步骤；本发明专利技术第三种制作方法包括镀铝、硅基多孔氧化铝膜制作、硅刻蚀、去除掩膜、防粘处理、纳米压印、薄膜太阳能电池片刻蚀步骤。本发明专利技术结构简单、效果显著、制作成本低、制作效率高，适合工业化量产。

【技术实现步骤摘要】

:本专利技术属于太阳能利用
，具体涉及一种薄膜太阳能电及其制作方法。
技术介绍
:开发利用太阳能已成为世界各国可持续发展能源的战略决策，太阳能的利用包括光热和光电两个方向。光热的利用在中国发展非常快，太阳能热水器随处可见；尽管发达国家和发展中国家均制定了光电产业中长期发展计划，把光伏发电作为人类未来能源的希望，但作为社会整体能源结构的组成部分，目前太阳能发电所占比例仍然很低，造成这种状况的主要原因是太阳能电池的成本过高。当前光电池的主体是单晶硅电池，由于需要消耗大量的单晶硅，使得发电成本比当前主流发电技术的成本高数十倍，阻碍了其正常发展。为了降低成本，薄膜太阳能电池成为光伏领域中的一个重要研究方向，薄膜太阳能电池片自下而上由衬底层、光吸收层和覆盖层构成，以硅系薄膜电池为例，由于非晶硅基本是直接带隙，光吸收系数很大，吸收区厚度只要I微米就已经足够，所以非晶硅薄膜太阳能电池的成本仅为单晶硅体电池的三分之一，但其效率也基本为单晶硅电池的三分之一，且存在退化问题，因此和单晶硅体电池相比没有太多优势。多晶硅薄膜太阳能电池由于其效率可以达到15%以上，是薄膜太阳能电池发展的重要方向之一，但由于多晶硅薄膜为间接带隙，因此吸收系数小，需要10微米的厚度才能将入射光基本吸收，这样的厚度无疑将导致成本的提高，解决这一问题的手段是采用所谓的陷光结构，即让光在硅薄膜中来回多反射几次，这样就可以在较小的膜厚条件下达到全部吸收的效果。薄膜太阳电池的陷光结构具有如下功用:一、在很大的光入射角度范围内尽可能减小太阳电池迎光面的光反射。二、尽可能提高太阳电池背光面的光反射。三、使光在背光面反射回来时具有尽可能高的衍射效率，如果迎光面的光透射率高反射率低，从背光面反射回来的光在迎光面上会具有很大的出射效率，反而有可能会使光吸收效率下降，这对于吸收区薄的太阳电池会更加明显。衍射可以改变光的传播角度，使背反射光在迎光面上的入射角度大于发生全反射的临界角，从而将光限制在太阳电池中传播，直到被吸收。四、较小的特征尺寸，以便与薄膜太阳电池尺寸相兼容；五、较为简单的制备工艺，生产成本低。为此目的，国际专利WO 03/001609A2公开了一种带分布布拉格反射器(DBR)陷光结构的薄膜太阳能电池片；国际专利WO 2006/078319A1公开了一种DBR上自带波纹状衍射光栅陷光结构的薄膜太阳能电池片；美国专利申请2007/0235072A1公开了一种DBR与空气孔或者介质孔光子晶体结合陷光结构的薄膜太阳能电池片；中国专利申请200510030152.7公开了一种带背散射器陷光结构的薄膜太阳能电池片；中国专利申请200910081459.8公布了一种衍射光栅、分布布拉格反射器和金属反射器结合的背光面陷光结构的薄膜太阳能电池片。上述专利在所述薄膜太阳能电池片的覆盖层上表面或衬底层下表面制作陷光结构，但这些陷光结构要么陷光效率不够理想，要么制作成本过高，违背了薄膜太阳能电池的初衷。单晶硅常规太阳电池上常用的织构化陷光结构虽制作工艺简单成本低，但具有较大的特征尺寸，不能与薄膜电池兼容，在起伏面上光表现为反射而不是散射或漫射，陷光效率低。由于多晶硅的折射率达到4，太阳光中能量密度最大的波长为500纳米左右，在多晶娃薄膜中的光波长为125纳米,如果陷光结构的横向尺寸大于4个波长大小,则对光的反射与平面反射相差不大，这就是当前已有的多晶硅陷光结构效果不佳的根本原因。而其它能够制作纳米尺寸结构图形的方法则往往由于成本高限制了其在薄膜太阳能电池陷光结构上的应用。与薄膜太阳能电池兼容的纳米尺寸且制作成本低的陷光结构，是太阳能电池生产所迫切需要的。
技术实现思路
本专利技术提供一种薄膜太阳能电池，同时提供其制作方法，解决现有薄膜太阳能电池的陷光效率低或成本高的问题。本专利技术所提供的一种薄膜太阳能电池片，自下而上由衬底层、光吸收层和覆盖层构成，其特征在于: 所述覆盖层上表面或衬底层下表面随机分布多个纳米孔或多个纳米柱，或者所述覆盖层上表面和衬底层下表面均随机分布多个纳米孔或多个纳米柱；所述纳米孔孔径或纳米柱柱径为40nm 300nm，纳米孔之间的孔距或纳米柱之间的柱距为80nm 400nm ；所述多个纳米孔或多个纳米柱基于多孔氧化铝的原始图形，采用电感耦合等离子体反应离子刻蚀(Inductively Coupled Plasma-Reactive 1n Etching, ICP-RIE)图形转移工艺而制得；或者结合纳米压印(Nanoimprint lithography, NIL)和电感稱合等离子体反应离子刻蚀(Inductively Coupled Plasma-Reactive 1n Etching, ICP-RIE)图形转移工艺而制得。所述薄膜太阳能电池的具有多个纳米孔或多个纳米柱的覆盖层，能够增强太阳光的透射效果；具有多个纳米孔或多个纳米柱的衬底层，能够增加衍射效率，使反射回来的光在迎光面的入射角度更大概率的大于全反射临界角，从而使光尽可能的限制在太阳能电池中，达到陷光效果。所述的薄膜太阳能电池片的第一种制作方法，其特征在于，顺序包括下述步骤:一.多孔氧化铝膜制作步骤，包括下述子步骤:(1.1)、一次氧化子步骤:将纯度超过99.999%的铝片作为阳极，在电解液中氧化2小时 4小时，温度为(TC 10°C，电压40V 60V，得到氧化试样；所述电解液为浓度0.1mol 0.5mol/L的草酸溶液；(1.2)、去氧化层子步骤:将所述氧化试样浸泡在去氧化溶液中，时间2 4小时，温度为50°C 60°C，得到去氧化试样；所述去氧化溶液为等体积比的铬酸溶液和磷酸溶液的混合液，铬酸溶液质量浓度为1.5% 1.8%，磷酸溶液质量浓度为5% 6% ；(1.3)、二次氧化子步骤:将所述去氧化试样作为阳极，在电解液中氧化IOmin 30min，其余各参数与一次氧化子步骤相同，然后电压以5 %阶梯递减，每阶梯维持1.5min 2.5min,直至电压降至15V，得到二次氧化试样；(1.4)、扩孔子步骤:将二次氧化试样在扩孔溶液中浸泡I小时 2小时，得到多孔氧化铝膜，其厚度为1.5微米 3.5微米，多孔氧化铝膜正面平整光滑且具有随机分布的纳米孔，其背面具有粗糙的氧化铝阻挡层；所述扩孔溶液为质量浓度8% 12%的磷酸溶液；二.多孔氧化铝膜加载步骤:将多孔氧化铝膜背面朝上移至薄膜太阳能电池片覆盖层上表面或衬底层下表面后，立即在多孔氧化铝膜背面滴加溶剂，使溶剂覆盖多孔氧化铝膜整个背面，所述溶剂为酒精、异丙醇或丙酮；三.一次刻蚀步骤:将负有多孔氧化铝膜的薄膜太阳能电池片放在电感耦合等离子体反应离子刻蚀机中，用Ar气作为反应气体，去除所述多孔氧化铝膜背面的氧化铝阻挡层，得到通孔氧化铝膜，再将通孔氧化铝膜厚度减薄至300纳米 800纳米；Ar气流量为25sCCm 35sCCm，电感耦合等离子功率为200W 400W，射频功率为170W 220W，压强为8mTorr llmTorr，时间为IOmin 20min ；四.二次刻蚀步骤:在电感耦合等离子体反应离子刻蚀机中，将所述通孔氧化铝膜作为掩膜，对薄膜太阳能电池片覆盖层上表面或衬底层下表面进行刻蚀，将所述通孔氧化铝膜随机分布的纳米孔图形转移到薄膜太本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种薄膜太阳能电池片，自下而上由衬底层、光吸收层和覆盖层构成，其特征在于：所述覆盖层上表面或衬底层下表面随机分布多个纳米孔或多个纳米柱，或者所述覆盖层上表面和衬底层下表面均随机分布多个纳米孔或多个纳米柱；所述纳米孔孔径或纳米柱柱径为40nm～300nm，纳米孔之间的孔距或纳米柱之间的柱距为80nm～400nm；所述多个纳米孔或多个纳米柱基于多孔氧化铝的原始图形，采用电感耦合等离子体反应离子刻蚀图形转移工艺而制得；或者结合纳米压印和电感耦合等离子体反应离子刻蚀图形转移工艺而制得。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王智浩，刘文，左强，孙堂友，官成钢，徐智谋，赵彦立，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42