一種等離子體薄膜太陽能電池的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及太陽能電池。更具體地，涉及一種等離子體薄膜太陽能電池。
【背景技術】
[0002] 太陽能電池按照材料厚度分類可以分為晶體硅太陽能電池和薄膜太陽能電池。晶 體硅太陽能電池的厚度大約50~300微米，薄膜太陽能電池的厚度只有幾微米，因此即節(jié) 省了資源，又降低成本，并可以制作成柔性，大面積。但因其薄層的晶體光電材料，吸收太陽 光則較差，因為大部分光能會透過電池，不能被轉化為電能。如果增加工作層的厚度，分離 的正負電荷又傾向于在移動過程中重新合并，難以到達兩側電極。采用等離子體技術可以 擬補出現的不足，當一束光照射到金屬納米顆粒上時，與光的波長相比，顆粒的尺寸要小得 多，所以金屬納米顆粒的電子將會隨著光波的振動而發(fā)生位移，造成電子云的往復偏移，這 樣電子就得到了一部分光能，同時也能夠將光線束縛在自身結構周圍內。也就是說，金屬納 米顆粒以及納米結構，可以很好地束縛、增強，并且限制光能的傳播。通過光和納米結構的 相互作用，來促進光能的吸收和轉化。
[0003] 現有的利用金屬納米粒子的等離子體薄膜太陽能電池技術，僅僅在薄膜表面鍍一 層無規(guī)則的金屬粒子，沒有對金屬粒子具體尺度進行要求，由于金屬納米粒子大小、形狀、 密度都會對等離子體產生的機制有關鍵性的影響，進而影響到薄膜太陽能電池的光電轉換 效率。
[0004] 因此，需要提供一種等離子體薄膜太陽能電池。

【發(fā)明內容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種等離子體薄膜太陽能電池，對薄膜太陽能電池表面沉 積的金屬納米粒子的尺寸、形狀、排布進行設定，進而提高薄膜太陽能電池的光電轉換效 率。
[0006] 為達到上述目的，本發(fā)明采用下述技術方案：
[0007] 一種等離子體薄膜太陽能電池，該太陽能電池包括：
[0008] 第一電極層，位于第一電極層下方且與第一電極層緊密接觸的金屬氧化物層，夾 置于金屬氧化物層中間且與金屬氧化物層緊密接觸的金屬粒子層，位于金屬氧化物層下方 且與金屬氧化物層緊密接觸的硅吸收層，位于硅吸收層下方且與硅吸收層緊密接觸的電子 傳輸層，位于電子傳輸層下方且與電子傳輸層緊密接觸的第二電極層；
[0009] 金屬粒子層采用銀粒子，銀粒子的形狀為圓柱形，銀粒子以120nm的間距二維周 期陣列排布，所述銀粒子的半徑為40nm、70nm或llOnm，對應的高度為45nm、70nm或110nm〇 [0010] 優(yōu)選地，第一電極層和第二電極層均采用透明導電石英玻璃材質。
[0011] 優(yōu)選地，金屬氧化物層采用錫、銦、鋅或三者以任意比例摻雜的材質。
[0012] 優(yōu)選地，娃吸收層采用單晶娃材質，且娃吸收層厚度為500nm。
[0013] 優(yōu)選地，電子傳輸層米用氧化鈦材質。
[0014] 本發(fā)明的有益效果如下：
[0015] 本發(fā)明所述技術方案采用單晶硅作為，在吸收層上方設有圓柱形銀粒子，且半徑、 高度及陣列間距進行設定，使得光通過銀納米粒子產生的表面等離子體效應增強了光的吸 收，使吸收層的光電流增加；同時，各個層數順序布置不影響該器件串聯電阻、開路電壓、填 充因子等電學性質，保證了器件的暗電流特性、開路電壓、填充因子等參數保持不變，有效 的提高了薄膜太陽能光電轉換效率。
【附圖說明】
[0016] 下面結合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】作進一步詳細的說明。
[0017] 圖1示出等離子體薄膜太陽能電池結構示意圖。
[0018] 圖2示出等離子體薄膜太陽能電池與無金屬離子層所得到光吸收效率對比圖。
【具體實施方式】
[0019] 為了更清楚地說明本發(fā)明，下面結合優(yōu)選實施例和附圖對本發(fā)明做進一步的說 明。附圖中相似的部件以相同的附圖標記進行表示。本領域技術人員應當理解，下面所具 體描述的內容是說明性的而非限制性的，不應以此限制本發(fā)明的保護范圍。
[0020] 如圖1所示，本實施例提供的等離子體薄膜太陽能電池包括：
[0021] 第一電極層1，位于第一電極層1下方且與第一電極層1緊密接觸的金屬氧化物層 3,夾置于金屬氧化物層3中間且與金屬氧化物層3緊密接觸的金屬粒子層2,位于金屬氧化 物層3下方且與金屬氧化物層3緊密接觸的硅吸收層4,位于硅吸收層4下方且與硅吸收層 4緊密接觸的電子傳輸層5,位于電子傳輸層5下方且與電子傳輸層5緊密接觸的第二電極 層6,該等離子體薄膜太陽能電池的邊緣密封；
[0022] 其中
[0023] 第一電極層1和第二電極層6均采用透明導電石英玻璃材質；
[0024] 金屬粒子層2的金屬粒子采用銀粒子，銀粒子的形狀為圓柱形，銀粒子以120nm的 間距二維周期陣列排布，銀粒子的半徑為40nm、70nm或llOnm，對應的高度為45nm、70nm或 llOnm，本實施例選擇的方案為圓柱形銀粒子的半徑r為70nm、高度為70nm;
[0025] 金屬氧化物層3采用錫、銦、鋅或三者以任意比例摻雜的材質；
[0026] 娃吸收層4采用單晶娃材質，且娃吸收層厚度為500nm，長度根據實際需求設定；
[0027] 電子傳輸層5米用氧化鈦材質。
[0028] 當陽光照射到薄膜太陽能電池表面時，光從透明第一電極層1穿透到圓柱形銀粒 子上，入射光子與金屬納米材料表面的自由電子相互作用，產生表面等離子體激元，對光產 生強烈的散射作用：（1)當光照射到金屬納米顆粒時，金屬納米顆粒會產生表面等離子體， 進而使局域共振的場引起增強；（2)當光照射到金屬顆粒時，金屬納米顆粒會產生共振前 向散射，進而增大有源介質所俘獲光的光程。散射光由置于下方的硅吸收層4吸收，在半導 體P_n結的光生伏特效應下，實現光電轉換，轉換之后得到的電子由位于硅吸收層4下方的 電子傳輸層5傳遞到第二電極層6,完成由光變電的工作過程，經過檢測計算確定吸收增益 達到1.5倍。以下為吸收增益計算公式：
[0029]
[0030] 公式（a)中QE(A)是量子效率，公式（a)代表的是在特定波長下，納米顆粒所吸 收的光子數與入射光子數的比值。
[0034] 公式（c)中g(X)是在特定波長下，吸收材料在有、無金屬納米顆粒的吸收光強 比，將有無金屬納米顆粒兩種情況下，G為太陽能電池對于AM1. 5太陽能光譜吸收效率的 比，IQE是對波長積分后的太陽光譜的綜合量子效率，所以式（d)中G即為綜合量子效率之 比，即本實施例的薄膜太陽能電池吸收增益。
[0035] 圖2示出本實施例與現有技術中無金屬粒子層所得到的光吸收效率對比圖，從圖 中可以看出在可見光范圍內，放置圓柱形銀納米粒子的硅吸收光強整體上大于無銀納米粒 子的硅吸收強度。從而，進一步證明本實施例能夠大幅提高太陽能電池的光吸收率，從而提 高光電轉化效率。
[0036] 顯然，本發(fā)明的上述實施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對 本發(fā)明的實施方式的限定，對于所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可 以做出其它不同形式的變化或變動，這里無法對所有的實施方式予以窮舉，凡是屬于本發(fā) 明的技術方案所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本發(fā)明的保護范圍之列。
【主權項】
1. 一種等離子體薄膜太陽能電池，其特征在于，該太陽能電池包括： 第一電極層，位于第一電極層下方且與第一電極層緊密接觸的金屬氧化物層，夾置于 金屬氧化物層中間且與金屬氧化物層緊密接觸的金屬粒子層，位于金屬氧化物層下方且與 金屬氧化物層緊密接觸的硅吸收層，位于硅吸收層下方且與硅吸收層緊密接觸的電子傳輸 層，位于電子傳輸層下方且與電子傳輸層緊密接觸的第二電極層； 所述金屬粒子層采用銀粒子，所述銀粒子的形狀為圓柱形，所述銀粒子以120nm的間 距二維周期陣列排布，所述銀粒子的半徑為40nm、70nm或llOnm，對應的高度為45nm、70nm 或IlOnm02. 根據權利要求1所述的等離子體薄膜太陽能電池，其特征在于，所述第一電極層和 第二電極層均采用透明導電石英玻璃材質。3. 根據權利要求1所述的等離子體薄膜太陽能電池，其特征在于，所述金屬氧化物層 采用錫、銦、鋅或三者以任意比例摻雜的材質。4. 根據權利要求1所述的等離子體薄膜太陽能電池，其特征在于，所述硅吸收層采用 單晶娃材質，且所述娃吸收層厚度為500nm。5. 根據權利要求1所述的等離子體薄膜太陽能電池，其特征在于，所述電子傳輸層采 用氧化鈦材質。
【專利摘要】本發(fā)明公開一種等離子體薄膜太陽能電池，該太陽能電池由上至下依次包括：第一電極層，金屬氧化物層，硅吸收層，電子傳輸層，第二電極層，金屬氧化物層中間夾置金屬粒子層；各層之間緊密接觸；金屬粒子層采用銀粒子，銀粒子的形狀為圓柱形，所述銀粒子以120nm的間距二維周期陣列排布，銀粒子的半徑為40nm、70nm或110nm，對應的高度為45nm、70nm或110nm。本發(fā)明所述技術方案增強了對光的吸收，有效的提高了薄膜太陽能光電轉換效率。
【IPC分類】H01L31/0216
【公開號】CN104934487
【申請?zhí)枴緾N201510253698
【發(fā)明人】韓曉東
【申請人】吉林省創(chuàng)合機械制造有限公司
【公開日】2015年9月23日
【申請日】2015年5月19日