[发明专利]一种用于薄膜太阳能电池的多层背反射镜结构

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能电池的设计，特别涉及薄膜太阳能电池的多层光学反射镜结构。

背景技术

在薄膜太阳能电池，尤其是硅基(非晶硅、微晶硅、纳米硅、非晶硅锗等)太阳能电池中，均采用背反射镜结构增强光发射，使得更多的光子流被电池的有源层吸收，从而提高太阳能电池的短路电流。目前最常用的背反射镜结构为Ag/ZnO或Al/ZnO。着眼于光子流的更高效利用，国际上研究者们提出在电池背面构筑光子晶体衍射光栅、多层周期性反射结构的设想，以进一步提高太阳能电池的短路电流和光电转换效率。

多层周期性背反射镜由高、低折射率材料交替组成，常应用于垂直腔面发射激光器、垂直腔光电探测器等领域。应用于太阳能电池的结构，目前没有发现同本发明类似技术的说明或报道，也尚未收集到国内外类似的资料。

发明内容

本发明的目的在于着眼于光子流的更高效利用，提供一种高反射率的多层背反射镜结构，以提高薄膜太阳能电池的短路电流。构成背反射镜的薄膜材料可以采用电子束蒸发、磁控溅射、真空热蒸发技术来制备，工艺简单。

本发明提供的技术方案如下：

一种用于薄膜太阳能电池的多层背反射镜结构，包括膜(11)和周期性结构(14)；所述的膜(11)是Ag膜或Al膜；所述的周期性结构(14)，由氧化物导电膜(12)和超薄膜(13)膜组成的双层结构，和一层氧化物导电膜(17)组成；所述的双层结构可以重复1-5次。

所述的Ag膜或Al膜，厚度为200-1000nm，可用电子束蒸发、磁控溅射、或真空热蒸发方法之一制备。

所述的氧化物导电膜，可选自ITO、SnO₂:F、ZnO:Al或ZnO:Ga中的一种作为原材料，厚度为100-500nm。

所述的氧化物导电膜可由电子束蒸发、磁控溅射或真空热蒸发方法之一制备。

所述的超薄Ag膜或超薄Al膜，厚度为3-20nm，可用电子束蒸发、磁控溅射或真空热蒸发方法之一制备。

一种制备所述的用于薄膜太阳能电池的多层背反射镜结构的方法，包括如下步骤：

1)制备Ag膜或Al膜：用电子束蒸发、磁控溅射或真空热蒸发方法之一，制备厚200-1000nm的Ag膜或Al膜(11)；

2)制备氧化物透明导电膜：在ITO、SnO₂:F、ZnO:Al或ZnO:Ga中选择一种材料，用电子束蒸发、磁控溅射或真空热蒸发方法之一，在步骤1)所制备的膜上，继续制备厚度为100-500nm的氧化物透明导电膜(12)；

3)制备超薄Ag膜或Al膜：用电子束蒸发、磁控溅射或真空热蒸发方法之一，在步骤2)所制备的膜上，继续制备厚度为3-20nm的超薄Ag膜或A膜(13)；

4)周期性结构的制备：重复上述2)、3)两个步骤1-5次，最后再加一层氧化物透明导电膜(17)。

本发明的有益效果是：采用了成熟的电子束蒸发、磁控溅射、真空热蒸发技术，制备在可见光和近红外波段有较高的反射率的多层背反射镜结构，将极大地提高薄膜太阳能电池的短路电流，进而提高太阳能电池的光电转换效率。

为了简化制备工艺，所选取的材料体系为金属薄膜和氧化物透明导电膜。超薄金属具有小的面电阻和较高的透光率，是氧化物透明导电膜出现之前常用的透明导电材料。

将超薄金属薄膜和ITO、SnO₂:F、ZnO:Al、ZnO:Ga等透明导电薄膜构成周期性结构，在可见光和近红外波段有较高的反射率，太阳能电池能够获得较高的短路电流。并且制备方法均可以采用电子束蒸发、磁控溅射、真空热蒸发技术，工艺简单。

本发明的工艺路线简单、易行，成品率高、电池效率高，有利于提高薄膜太阳能电池的性价比，推广薄膜太阳能电池的应用。

附图说明

图1为包含多层背反射镜结构的非晶硅薄膜太阳能电池结构示意图。

图2为多层背反射镜结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图，说明薄膜太阳能电池的多层背反射镜结构及其制备方法。

实施例1

以50μm厚的柔性不锈钢为衬底1，采用磁控溅射方法(工作频率为13.56MHz)制备两种背反射镜结构：背反射镜(1)为在衬底上依次沉积厚度为500nm的Ag膜，100nm的ZnO:Al薄膜；背反射镜(2)为在衬底上依次沉积厚度为500nm的Ag膜2，100nm的ZnO:Al薄膜3，10nm的Ag薄膜4，100nm的ZnO:Al薄膜5。