[发明专利]一种薄膜光能电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及光能电池技术，尤其涉及一种薄膜光能电池及其制备方法。

背景技术

光能电池是用硅材料作为基底，利用光电效应实现光能向电能的转换的一种电池，这种绿色能源被广泛应用于照明、移动通信器材、航天技术等，对光能电池的研究是对新型能源的重要探索。

目前，在能源领域中，研究人员对光能电池的研究，主要是对硅材料进行优化；或者是将别的元素掺入硅材料中，形成新的化合物来尝试提高光电转换效率。关于硅基光能电池的实际效率，一般认为电池所达到的功率与作用于电池表面的太阳光功率的比值，大量的理论计算证明，对于禁带宽度为Eg＝1.1ev的材料，其效率为25％。所以，对于硅基光能电池，如果只限于研究硅材料，是很难突破这个效率的；而且研究方向发散性比较大，在摸索中寻找合适的材料，存在一定的不确定因素，需要从另一个方向来研究，以提高光电转换效率。

另外，人们通常采用绒面薄膜和高效背反射层来增强薄膜光能电池的吸收效率，这样，能起到一定的作用。但是，近来研究人员又发现金属纳米颗粒激发表面等离子体激元，能增强硅薄膜光能电池的光吸收，因此，正在对这种作用的物理机理做积极的研究。

然而，对于光能电池而言，由于日照的光线角度是随着地球的自转而变化的，那么，光能电池吸收的太阳光每天不同时候都是从不同角度照射的。当光垂直照射的时候没有反射光线，因而能全部吸收太阳能；但当光斜入射的时候，就会有一部分能量随着反射而损失掉，这种情况下，单从改善硅材料方面考虑，是无法来挽回这部分能量的；或者采用绒面和背反射层，作用也是微弱的。这是光能电池在接收光能上的一个缺陷，需要通过另一个思路来考虑，防止这部分能量的损失。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种薄膜光能电池及其制备方法，能减少由于光照角度变化而引起的光反射，进而减少光能损耗，提高光电转换效率。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

本发明提供了一种薄膜光能电池，所述电池包括：硅薄膜光能电池板、表面等离子激元膜、定向碳纳米管薄膜；

所述硅薄膜光能电池板位于最底层，所述定向碳纳米管薄膜位于最顶层，所述表面等离子激元膜处于硅薄膜光能电池板和定向碳纳米管薄膜之间；

所述定向碳纳米管薄膜，包括垂直生长的碳纳米管，用于吸收全部入射光，使入射光到达表面等离子激元膜；

所述表面等离子激元膜，用于结合定向碳纳米管薄膜和硅薄膜光能电池板。

本发明还提供了一种薄膜光能电池的制备方法，该方法包括：

在表面等离子激元膜上生长定向碳纳米管薄膜；

将生长有定向碳纳米管薄膜的表面等离子激元膜镀到硅薄膜光能电池板上。

上述方案中，采用碳氢化合物催化分解的方法在表面等离子激元膜上生长定向碳纳米管薄膜。

上述方案中，所述镀到为电镀。

本发明所提供的薄膜光能电池及其制备方法，在硅薄膜光能电池板表面增加一层定向碳纳米管薄膜，并用表面等离子激元膜作为定向碳纳米管薄膜和硅薄膜光能电池板的结合层；且定向碳纳米管薄膜中的碳纳米管垂直生长；如此，碳纳米管之间形成的空隙，可使光线在其中多次反射后直到薄膜内部，无法逸出，使得定向碳纳米管薄膜对太阳光有较强的吸收作用。本发明通过改变光能电池的表面膜层结构，从另一个角度解决了提高光能转换效率的问题，解决了光能电池由于入射光线角度的变化，所引起的反射光能损失的问题。

附图说明

图1为本发明薄膜光能电池的组成结构示意图；

图2为532nm的绿光源垂直照射的圆斑示意图；

图3为光线最大辐照角度照射在光能电池板上的椭圆斑示意图；

图4为本发明薄膜光能电池与普通光能电池的开路电压比较图。

具体实施方式

本发明的基本思路是：在硅薄膜光能电池板表面增加一层由垂直生长的碳纳米管构成的定向碳纳米管(CNT，Carbon Nano Tube)薄膜，且用表面等离子激元(SPP，Surface Plasmon Polariton)膜作为定向碳纳米管薄膜和硅薄膜光能电池板的结合层。

其中，垂直生长的碳纳米管可以减少不同角度入射光的反射光损耗；所述表面等离子激元膜能保证光能良好地传输到硅薄膜光能电池板上。