CN106558625A - 太阳能电池及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种太阳能电池，其包括太阳能电池基体，所述太阳能电池基体包括抗反射层，所述抗反射层的表面设有多个微结构，所述多个微结构呈条状排列或二维排列，所述微结构的表面分布有多个相互间隔的纳米颗粒。本发明还涉及一种太阳能电池的制造方法。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，尤其涉及一种太阳能电池及制造方法。
背景技术
随着传统能源的日益贫乏，全球对新型能源的开发与利用越来越成为举世关注的焦点，太能作为新型能源你具有取之不尽、用之不竭，无污染、无公害的特点而备受全球关注，并实现能源转化的产业化。
太阳能电池是一种利用太阳光直接发电的器件，已经被广泛应用。现有的太阳能电池均为晶体硅太阳能电池。现有商业化生产的晶体硅太阳能电池的工艺流程依次为：制绒、清洗，磷扩散形成PN结，等离子或湿法刻蚀去除周边PN结，镀减反射膜，丝网印刷电极后烧结形成欧姆接触。这种太阳能电池的结构简单，易于规模化生产，然而，制备出的太阳电池的光转换效率较低。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种太阳能电池，以解决现有技术中的太阳能电池的光转换效率偏低的问题。
本发明提供了一种太阳能电池，其包括太阳能电池基体，所述太阳能电池基体包括抗反射层，所述抗反射层的表面设有多个微结构，所述多个微结构呈条状排列或二维排列，所述微结构的表面分布有多个相互间隔的纳米颗粒。
其中，所述微结构的高度为1纳米～100微米，所述微结构的尺寸为0.1纳米～500纳米，相邻的两个微结构之间的间距为1纳米～1微米。
其中，所述纳米颗粒的尺寸为0.1纳米～50纳米。
其中，所述纳米颗粒的材料为铝、银、铜或金。
本发明还提供一种太阳能电池的制造方法，其包括以下步骤：
S1：提供一具有图案的模板和太阳能电池基体，所述太阳能电池基体包括一抗反射层；
S2：在所述抗反射层的表面形成掩膜层；
S3：通过光刻将所述模板的图案转移至所述掩膜层，得到图形化的掩膜层，所述图形化的掩膜层覆盖所述抗反射层表面的部分区域，并暴露所述抗反射层表面的其余区域；
S4：刻蚀所述抗反射层表面的其余区域，使所述抗反射层表面形成多个微结构，该多个微结构呈条状排列或二维排列；
S5：去除所述图形化的掩膜层；以及
S6：在所述微结构的表面形成多个相互间隔的纳米颗粒。
其中，所述步骤S3中通过光刻将所述模板的图案转移至所述掩膜层，得到图形化的掩膜层具体包括：
在所述掩膜层设置所述模板；
通过所述模板对所述掩膜层进行曝光；以及
显影成型，得到图形化的掩膜层。
其中，所述掩膜层的材料为ZEP520、PMMA、HSQ、PS、SAL601或ARZ720中的一种。
其中，所述抗反射层的材料为氧化硅、氮化硅或氧化钛中的一种。
其中，所述纳米颗粒的尺寸为0.1纳米～50纳米。
其中，所述纳米颗粒的材料为铬、银、铜或金。
与现有技术相比，本发明所述太阳能电池及制备方法具有以下优点：通过在抗反射层上形成多个呈条状排列或二维排列的微结构，且所述微结构的表面分布有多个相互间隔的纳米颗粒，该特定的结构可同时对入射的光进行多次的干涉和衍射，减少光线的反射，使大部分的光进入太阳能电池的内部，提高光吸收率，从而提高了太阳能电池的光电转换效率；并且，相对于现有平整的抗反射层表面而言，该多个微结构以及表面的纳米颗粒大大增加了所述受阳光照射的面积，因而进一步提高光吸收率。
由于所述纳米颗粒为铝、银、铜或金这类金属，所述纳米颗粒在光的激发下光与电磁场的相互作用引起电子相干振荡，即激发表面等离子体的激元共振，从而增加了光的吸收，大大提高太阳能电池的光吸收率，最终提高了太阳能电池的光电转换效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明所述太阳能电池的结构示意图。
图2是图1中的太阳能电池的一实施例的俯视图。
图3是图1中的太阳能电池的另一实施例的俯视图。
图4是本发明太阳能电池的制备方法的流程图。
在图1至图3中，1表示太阳能电池基体；2表示抗反射层；2a表示第二凹部；3表示微结构；4表示纳米颗粒；5表示模板；6表示掩膜层；6a表示第一凹部。
具体实施方式
下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
请参见图1及图2，本发明实施例提供一种太阳能电池，包括太阳能电池基体1。该太阳能电池基体1设有抗反射层2。所述抗反射层2的表面设有多个微结构3。在本实施例中，该多个微结构3呈一维的条状排列，在其他实施例中，该多个微结构3呈多行多列的二维排列(如图3所示)。所述微结构3的表面分布有多个相互间隔的纳米颗粒4。
所述太阳能电池基体1为现有技术中所用太阳能电池基体，一般包括P-N结结构以及两个电极。
所述抗反射层2设于所述太阳能电池基体1的受光的端面。所述抗反射层2的材料可为氧化硅、氮化硅或氧化钛中的一种。所述抗反射层2的厚度为1纳米～100微米；优选的，为10纳米～1微米；更优选的，为50纳米～500纳米。本实施例中，所述抗反射层2的材料为氧化硅，厚度为200纳米。
如图2所示，所述微结构3可为自抗反射层2的表面向内凹进的凹槽，也可为自抗反射层2的表面向外突出的凸条。多个凸条或凹槽相互间隔排列。所述微结构3为通过刻蚀所述抗反射层2的部分表面形成。也就是说，所述微结构3的材料与所述抗反射层2的材料一致，所述微结构3与所述抗反射层2为一体的结构。所述微结构3的宽度定义为所述微结构3的尺寸。所述微结构3的尺寸为0.1纳米～500纳米，优选的，50纳米～200纳米。所述微结构3的高度为1纳米～100微米。相邻的两个微结构3之间的间距为1纳米～1微米。该多个微结构3的相互间隔的距离可以相等，也可以不相等。本实施例中，所述微结构3为条状凸起，微结构3的尺寸为100纳米，高度为50纳米，相邻的两个微结构3之间的间距为50纳米。
如图3所示，在其他实施例中，所述微结构3可为自抗反射层2的表面向内凹进的凹陷结构，也可为自抗反射层2的表面向外突出的凸起结构。所述微结构3为通过刻蚀所述抗反射层2的部分表面形成。也就是说，所述微结构3的材料与所述抗反射层2的材料一致，所述微结构3与所述抗反射层2为一体的结构。所述微结构3的横截面的最大长度定义为所述微结构3的尺寸。所述微结构3的尺寸为0.1纳米～500纳米，优选的，5纳米～200纳米。所述微结构3的横截面的形状不限，可为正方形、菱形、圆形、六边形等。所述微结构3的高度为1纳米～100微米。相邻的两个微结构3之间的间距为1纳米～1微米。该多个微结构3的排布方式可根据需要设置，具体可为规则的多行多列的排布方式，也可为交错的行列式排布，亦或同心圆式、正六边形式等排布。在图3中，所述微结构3为方格状凸起，微结构3的尺寸为100纳米，高度为50纳米，相邻的两个微结构3之间的间距为50纳米。
所述纳米颗粒4附着于所述微结构3的表面。以微结构3为凸条为例，所述凸条包括一顶面以及侧面，多个纳米颗粒4附着于所述凸条的顶面以及侧面。以微结构3为凹槽为例，所述凹槽包括一底面以及侧面，多个纳米颗粒4附着于所述凹槽的底面以及侧面。所述纳米颗粒的材料为具有表面等离子激元的金属材料，具体为铝、银、铜或金。所述纳米颗粒4可通过磁控溅射、真空蒸镀、原子层沉积等沉积于所述微结构3的表面。此时，所述纳米颗粒4与所述微结构3中的原子可形成范德华力而紧密结合。所述纳米颗粒的尺寸为0.1纳米～50纳米；优选的，3纳米～30纳米；更优选的，为3纳米～8纳米。本实施例中，纳米颗粒4的材料为银，尺寸为5纳米。
请参阅图4，本发明还提供一种太阳能电池的制造方法，包括以下步骤：
S1：提供一具有图案的模板5和太阳能电池基体1，所述太阳能电池基体1包括一抗反射层2；
S2：在所述抗反射层2的表面形成掩膜层6；
S3：通过光刻将所述模板5的图案转移至所述掩膜层6，得到图形化的掩膜层6，所述图形化的掩膜层6覆盖所述抗反射层2表面的部分区域，并暴露所述抗反射层2表面的其余区域；
S4：刻蚀所述抗反射层2表面的其余区域，使所述抗反射层2表面形成多个微结构3，该多个微结构3呈一维的条状排列或呈多行多列的二维排列；
S5：去除所述图形化的掩膜层6；以及
S6：在所述微结构3的表面形成多个相互间隔的纳米颗粒4。
所述太阳能电池基体1、抗反射层2、微结构3以及纳米颗粒4与上述太阳能电池中的各部件相同，不再赘述。
在步骤S1中，所述模板5具有预定设计好的图案。所述模板5的材料可为镍、硅、二氧化硅等。当该多个微结构3呈一维的条状排列时，所述具有图案的模板5包括多个间隔设置的条形开口以及从多个开口之间条带型的间隙，所述模板5的图案与所述图形化的掩膜层6的图案相一致或互补；当该多个微结构3呈多行多列的二维排列时，所述具有图案的模板5包括多个间隔设置的方格形开口以及从多个开口之间条带型的间隙，所述模板5的图案与所述图形化的掩膜层6的图案相一致或互补。
在步骤S2中，所述掩膜层6可通过旋涂等涂布方式形成于所述抗反射层2的表面。所述掩膜层的材料为ZEP520，PMMA，HSQ，PS，SAL601或ARZ720中的一种。具体的，掩膜层6的材料可为正型掩膜层，经曝光后所述掩膜层6的图案与所述模板5的图案相同，因而，在后续经过步骤S4的刻蚀之后，得到的微结构3为凹陷结构。所述掩膜层6的材料也可为负型掩膜层时，经曝光后所述掩膜层6的图案与所述模板5的图案互补，因而，在后续经过步骤S4的刻蚀之后，得到的微结构3为凸起结构。本实施例中，所述掩膜层6的材料为负型掩膜层HSQ。
在步骤S3中，所述光刻的方式可为电子束曝光或者光刻法等方式。本实施例中，采用电子束曝光法使所述模板的图案转移至所述掩膜层。具体的，包括以下步骤：
S31：在所述掩膜层6设置所述模板5；
S32：通过所述模板5对所述掩膜层6进行曝光；以及
S33：显影成型，得到图形化的掩膜层6。
其中，当该多个微结构3呈一维的条状排列时，所述图形化的掩膜层6由多个条形掩膜凸起(图未标)和相邻的两个掩膜凸起之间的第一凹部6a组成，所述抗反射层2对应于所述第一凹部6a的部分暴露出来；当该多个微结构3呈多行多列的二维排列时，所述图形化的掩膜层6由多个方格状掩膜凸起(图未标)和相邻的两个掩膜凸起之间的第一凹部6a组成，所述抗反射层2对应于所述第一凹部6a的部分暴露出来。
在步骤S4中，所述刻蚀方法可采用等离子体法实现。具体的，刻蚀过程在一感应耦合等离子体系统中实现。采用的等离子体气氛根据所述抗反射层2的材料而定。所述抗反射层2被暴露的部分表面通过与等离子气氛接触而被刻蚀，相当于所述第一凹部6a继续向下延伸而在抗反射层2形成第二凹部2a，对应的所述抗反射层2被所述图形化的掩膜层6覆盖的部分表面不会被刻蚀，最终形成多个微结构3。
在步骤S5中，可利用常见的有机溶剂如四氢呋喃、丙酮、甲醇等作为剥离剂，溶解所述掩膜层6而将剩余的掩膜层6去除。
在步骤S6中，所述纳米颗粒4可通过磁控溅射、真空蒸镀、原子层沉积等沉积于所述微结构3的表面。需要说明的是，沉积的时间较短，根据方法的不同而可为3秒～20秒，以保证所述纳米颗粒4的尺寸为0.1纳米～50纳米，并且多个纳米颗粒4之间相互间隔，而并未形成连续的层状结构。所述纳米颗粒4的尺寸优选为3纳米～30纳米，从而纳米颗粒4可进一步在所述微结构3的基础上进一步提高其表面积以及光的入射率。所述纳米颗粒4可仅仅分布于所述微结构3的表面，也可分布于所述微结构3以及抗反射层2的整个表面。可利用一掩膜将所述抗反射层2覆盖同时将微结构3暴露，再进行沉积而实现纳米颗粒4仅分布于所述微结构3的表面。本实施例中，通过原子层沉积法形成金属银的纳米颗粒4，沉积时间为10秒，所述纳米颗粒4分布于所述微结构3以及抗反射层2的整个表面。
本发明所述太阳能电池及制备方法具有以下优点：通过在抗反射层2上形成多个微结构3，多个微结构呈条状排列或二维排列且所述微结构3的表面分布有多个相互间隔的纳米颗粒4，该特定的结构可同时对入射的光进行多次的干涉和衍射，减少光线的反射，使大部分的光进入太阳能电池的内部，提高光吸收率，最终提高了太阳能电池的光电转换效率；并且，相对于现有平整的抗反射层表面而言，该多个微结构以及表面的纳米颗粒大大增加了所述受阳光照射的面积，因而进一步提高光吸收率。
由于所述纳米颗粒4为铝、银、铜或金这类金属，所述纳米颗粒4在光的激发下光与电磁场的相互作用引起电子相干振荡，即激发表面等离子体的激元共振，从而增加了光的吸收，大大提高太阳能电池的光吸收率，最终提高了太阳能电池的光电转换效率。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种太阳能电池，其特征在于，包括太阳能电池基体，所述太阳能电池基体包括抗反射层，所述抗反射层的表面设有多个微结构，所述多个微结构呈条状排列或二维排列，所述微结构的表面分布有多个相互间隔的纳米颗粒。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述微结构的高度为1纳米～100微米，所述微结构的尺寸为0.1纳米～500纳米，相邻的两个微结构之间的间距为1纳米～1微米。
3.根据权利要求3所述的太阳能电池的太阳能电池，其特征在于，所述纳米颗粒的尺寸为0.1纳米～50纳米。
4.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述纳米颗粒的材料为铝、银、铜或金。
5.一种太阳能电池的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：提供一具有图案的模板和太阳能电池基体，所述太阳能电池基体包括一抗反射层；
S2：在所述抗反射层的表面形成掩膜层；
S3：通过光刻将所述模板的图案转移至所述掩膜层，得到图形化的掩膜层，所述图形化的掩膜层覆盖所述抗反射层表面的部分区域，并暴露所述抗反射层表面的其余区域；
S4：刻蚀所述抗反射层表面的其余区域，使所述抗反射层表面形成多个微结构，该多个微结构呈条状排列或二维排列；
S5：去除所述图形化的掩膜层；以及
S6：在所述微结构的表面形成多个相互间隔的纳米颗粒。
6.根据权利要求5所述的太阳能电池的制造方法，其特征在于，所述步骤S3中通过光刻将所述模板的图案转移至所述掩膜层，得到图形化的掩膜层具体包括：
在所述掩膜层设置所述模板；
通过所述模板对所述掩膜层进行曝光；以及
显影成型，得到图形化的掩膜层。
7.根据权利要求5所述的太阳能电池的制造方法，其特征在于，所述掩膜层的材料为ZEP520、PMMA、HSQ、PS、SAL601或ARZ720中的一种。
8.根据权利要求5所述的太阳能电池的制造方法，其特征在于，所述抗反射层的材料为氧化硅、氮化硅或氧化钛中的一种。
9.根据权利要求5所述的太阳能电池的制造方法，其特征在于，所述纳米颗粒的尺寸为0.1纳米～50纳米。
10.根据权利要求5所述的太阳能电池的制造方法，其特征在于，所述纳米颗粒的材料为铝、银、铜或金。
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