一种用于薄膜太阳能电池的陷光结构及制作方法技术

本发明专利技术提供一种用于薄膜太阳能电池的陷光结构及制作方法，所述陷光结构由微透镜阵列（1）、微透镜阵列基底（2）、带微孔阵列的反射膜层（4）以及反射镜（5）组成，反射膜层（4）上微孔阵列的位置与微透镜阵列（1）焦点的位置一一对应且重合，带微孔阵列的反射膜层（4）与反射镜（5）之间形成一个腔体（6）。太阳光经微透镜阵列聚焦后，由微孔阵列注入到腔体中，并在带微孔阵列的反射膜层与反射镜间形成多次反射，从而实现对太阳光的陷光效果，将薄膜太阳能电池置于该腔体中即可实现太阳光吸收增强，提高光电转换效率。该陷光结构具有结构简单、光能利用率高、兼容性好等优点，可广泛应用于各类薄膜太阳能电池，在探索高效率薄膜太阳能电池研究方面具有广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于太阳能电池
，涉及。
技术介绍
近几十年来，随着科技的进步、经济的发展，各国对能源的需求越来越大，电力、煤炭、石油等不可再生能源频频告急，越来越多的国家开始寻找新的清洁能源和可再生资源，其中包括太阳能、风能、水能、地热能、海洋能等。而太阳能以其储量巨大、安全、清洁等优势必将成为21世纪最有希望大规模应用的清洁能源之一。目前，技术最为成熟且应用广泛的仍然是晶硅太阳能电池。然而，为了保证较高的光电转化效率，晶硅太阳能电池对材料的厚度和纯度都提出很高的要求，因而大大增加了其制作成本。在此情形下，人们不得不开发以薄膜太阳能电池为代表的低成本太阳能电池技术。常见的薄膜太阳能电池有非晶硅、多晶硅、铜铟镓硒、碲化镉以及染料敏化太阳能电池等。然而，这些薄膜太阳能电池同传统的晶硅太阳能电池相比，光电转换效率仍然较低，这一定程度上是由于薄膜太阳能电池的厚度较薄，对太阳光的吸收能力较弱所致。因此，增强电池中的光敏层对太阳光的捕获能力被认为是提高薄膜太阳能电池光电转换效率的一种有效手段。为达到这个目的，研究人员采取了多种陷光的方法，如表面织构减反、米散射增加光程、表面等离子体共振增强光吸收等，然而这些方法均涉及到纳米结构的制作，不仅加工难度大，且对光能利用率的提高也十分有限。因此，寻找一种低成本、易加工、陷光效果好的太阳光陷光结构对提高薄膜太阳能电池光电转换效率具有重要的意义。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是:针对现有薄膜太阳能电池陷光结构加工复杂、陷光效果有限等缺点，提出一种基于微透镜阵列的薄膜太阳能电池陷光结构及其制作方法。该陷光结构采用微透镜聚光，将太阳光通过小孔“注入”到两块反射镜之中，使太阳光不断的在两块反射镜之间反射，与太阳光跟踪装置配合使用，可最大程度的实现对太阳光的捕获。该陷光结构具有结构简单、光能利用率高、兼容性好等优点，可广泛应用于各类薄膜太阳能电池，提高光电转化效率。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是:一种用于薄膜太阳能电池的陷光结构，其特征在于:包括:微透镜阵列，微透镜阵列的基底，带有微孔阵列的反射膜层以及反射镜，反射膜层上微孔阵列的位置与微透镜阵列焦点的位置一一对应且重合，带微孔阵列的反射膜层与反射镜之间形成一个腔体。所述微孔阵列的开孔大小应当等于微透镜阵列的焦斑大小，其误差不得大于10%。所述带有微孔阵列的反射膜层厚度不大于微透镜阵列的焦深。所述带有微孔阵列的反射膜层和反射镜在太阳光谱范围内具有3 80%的反射率。所述腔体内可按现有技术制作各类薄膜太阳能电池，包括薄膜硅太阳能电池、化合物薄膜太阳能电池、染料敏化太阳能电池以及有机聚合物太阳能电池。制作上述陷光结构的方法，其特征在于:包括以下步骤:步骤(I)、在透明基底上制作微透镜阵列，使微透镜阵列的焦平面位于透明基底的下表面；步骤(2)、在微透镜基底下表面涂敷一层负性光刻胶；步骤(3)、利用紫外曝光机照射微透镜阵列上表面，由于微透镜的聚焦作用，处于微透镜焦点处的负性光刻胶被曝光；步骤(4)、被曝光后的负性光刻胶经显影后，可在微透镜基底下表面获得与微透镜阵列焦点一一对应的光刻胶阵列；步骤(5)、在加工有光刻胶阵列的微透镜基底下表面沉积一层反射膜；步骤(6)、利用剥离工艺将微透镜基底下表面的光刻胶阵列清除，从而获得带有微孔阵列的反射膜层；步骤(7)、加工一块反射镜，置于带有微孔阵列的反射膜层的下方，使两反射面之间形成一个腔体，即可完成陷光结构的制作。所述步骤(I)中透明基底的厚度应当等于微透镜阵列的焦距，其误差不得大于10%。所述步骤(2)中负性光刻胶的厚度不得大于微透镜阵列的焦深。所述步骤(5)中反射膜的厚度不得大于微透镜阵列的焦深。本专利技术与现有技术相比具有以下优点:1、相对于亚波长抗反射结构、散射增强结构以及表面等离子体局域增强结构而言，本专利技术具有更好的陷光效果，且无需加工纳米结构，更无需使用金、银等贵金属材料，仅采用技术相对成熟的微光刻技术即可完成陷光结构的制作，具有结构简单、陷光能力更强等优点；2、由于本专利技术是通过外部结构实现陷光功能的，对薄膜太阳能电池的内部结构没有破坏作用，不会影响太阳能电池的电学性能，因此兼容性更强，适用范围更广。【附图说明】图1是本专利技术实施例1中陷光结构的示意图；图2是本专利技术的步骤I在微透镜基底上表面加工微透镜阵列的示意图；图3是本专利技术的步骤2在微透镜基底下表面涂敷负性光刻胶的示意图；图4是本专利技术的步骤3利用微透镜阵列聚焦对负性光刻胶进行紫外曝光的示意图；图5是本专利技术的步骤4对微透镜基底下表面负性光刻胶显影后的示意图；图6是本专利技术的步骤5在微透镜基底下表面光刻胶图形表面沉积反射膜的示意图；图7是本专利技术的步骤6在微透镜基底下表面利用剥离工艺得到带有微孔阵列的反射膜层的示意图；图8是本专利技术的步骤7在微透镜基底下表面带有微孔阵列的反射膜层与反射镜之间形成腔体的示意图；图中:1为微透镜阵列；2为微透镜阵列的基底；3为负性光刻胶；4为带有微孔阵列的反射膜层；5为反射镜；6为带有微孔阵列的反射膜层与反射镜之间形成的腔体。【具体实施方式】下面结合附图及【具体实施方式】详细介绍本专利技术。但以下的实施例仅限于解释本专利技术，本专利技术的保护范围应包括权利要求的全部内容，而且通过以下实施例对领域的技术人员即可以实现本专利技术权利要求的全部内容。本专利技术的实施例1，是一种微透镜口径为500 iim，在基底材料中焦距为1mm，透镜中心间隔为800 iim的陷光结构，微透镜的材质为熔石英，基底厚度为1mm。该陷光结构的加工步骤为:(I)在Imm厚度的石英基底上利用热熔法制作微透镜阵列，微透镜阵列的口径为500 iim，在石英材料中的焦距为1mm，透镜中心间隔为800 y m ;(2)在微透镜基底下表面涂敷一层厚度为0.5um的负性光刻胶并进行前烘；(3)利用436nm紫外曝光机照射微透镜阵列上表面，对处于微透镜焦点处的负性光刻胶进行曝光；(4)被曝光后的负性光刻胶经显影后，可在微透镜基底下表面获得与微透镜阵列焦点一一对应的点阵光刻胶图形；(5)在加工有点阵光刻胶图形的微透镜基底下表面沉积一层厚度为IOOnm的铝膜；(6)利用剥离工艺清除微透镜基底下表面的点阵光刻胶图形，获得带有微孔阵列的金属铝反射层；(7)加工一块铝反射镜，使其与带有微孔阵列的金属铝反射层形成一个腔体，即可完成陷光结构的制作。本专利技术的实施例2，是一种微透镜口径为400 iim，在基底材料中焦距为2mm，透镜中心间隔为600 iim的陷光结构,微透镜的材质为塑料,基底厚度为2mm。该陷光结构的加工步骤为:(I)在2mm厚度的塑料基底上利用热压的方法制作微透镜阵列，微透镜阵列的口径为400 ii m,在塑料基底中的焦距为2mm,透镜中心间隔为600 y m ;(2)在微透镜基底下表面涂敷一层厚度为Ium的负性光刻胶并进行前烘；(3)利用365nm紫外曝光机照射微透镜阵列上表面，对处于微透镜焦点处的负性光刻胶进行曝光；(4)被曝光后的负性光刻胶经显影后，可在微透镜基底下表面获得与微透镜阵列焦点一一对应的点阵光刻胶图形；(5)在加工有点阵光刻胶图形的微透镜基底下表面沉积一层厚度为200nm的铝膜；(6)利用剥离工艺清除微透镜基底下表面的点阵光刻胶图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于薄膜太阳能电池的陷光结构，其特征在于，包括：微透镜阵列（1），微透镜阵列的基底（2），带有微孔阵列的反射膜层（4）以及反射镜（5），反射膜层（4）上微孔阵列的位置与微透镜阵列（1）焦点的位置一一对应且重合，带微孔阵列的反射膜层（4）与反射镜（5）之间形成一个腔体（6）。

【技术特征摘要】
1.一种用于薄膜太阳能电池的陷光结构，其特征在于，包括:微透镜阵列(1)，微透镜阵列的基底(2)，带有微孔阵列的反射膜层(4)以及反射镜(5)，反射膜层(4)上微孔阵列的位置与微透镜阵列(I)焦点的位置一一对应且重合，带微孔阵列的反射膜层(4)与反射镜(5)之间形成一个腔体(6)。2.根据权利要求1所述的一种用于薄膜太阳能电池的陷光结构，其特征在于，所述微孔阵列的开孔大小应当等于微透镜阵列的焦斑大小，其误差不得大于10%。3.根据权利要求1所述的一种用于薄膜太阳能电池的陷光结构，其特征在于，所述带有微孔阵列的反射膜层厚度不大于微透镜阵列的焦深。4.根据权利要求1所述的一种用于薄膜太阳能电池的陷光结构，其特征在于，所述带有微孔阵列的反射膜层和反射镜在太阳光谱范围内具有3 80%的反射率。5.根据权利要求1所述的一种用于薄膜太阳能电池的陷光结构，其特征在于，所述腔体内可按现有技术制作各类薄膜太阳能电池，包括薄膜硅太阳能电池、化合物薄膜太阳能电池、染料敏化太阳能电池以及有机聚合物太阳能电池。6.制作上述权利要求1所述的陷光结构的方法，其特征在于:包括以...

【专利技术属性】
技术研发人员：方亮，张铁军，杨欢，邱传凯，
申请(专利权)人：中国科学院光电技术研究所，
类型：发明
国别省市：