[发明专利]一种用于薄膜太阳能电池的碳基光子晶体背反射器及其制备方法

说明书

  

技术领域

本发明涉及一种碳基光子晶体背反射器，特别是一种用于太阳能电池的碳基光子晶体背反射器及其制备方法，属于光伏器件制造技术领域。 

背景技术

在太阳能电池中，尤其是硅基薄膜太阳能电池，都采用背反射器来增强太阳能电池的光陷作用，使更多的光子充分地被电池的吸收层吸收，从而提高太阳能电池的转换效率。目前最常用的是金属反射器和介质反射器，然而金属反射器因吸收较大而无法获得高反射率，介质反射器则因使用波长范围窄及对光线入射方向较为敏感而难以实现全角度反射。由于光子晶体可以通过设计不同结构，来控制光子禁带，从而实现对不同波长电磁波的反射，光子晶体所用材料多为低吸收系数的介电材料，因此反射率较高，可达99%以上。而一维光子晶体较二维和三维光子晶体结构简单、更易于制备。2009年J. Krc, M. Zeman, S. L. Luxembourg, and M. Topic1在Applied Physics Letters上发表的文章Modulated photonic-crystal structures as broadband back reflectors in thin-film solar cells中提出调制光子晶体背反射器，该反射器使用n-a-Si:H和ZnO:Al复合结构的一维光子晶体[n-a-Si:H/ZnO:Al]₃[ n-a-Si:H/ZnO:Al]₄，但其工作范围为600~1000nm，还不能覆盖能够穿透硅基薄膜太阳能电池的波长范围。A.Mouldi 等（Design of an omnidirectional mirror using one dimensional photonic crystal with graded geometric layers thicknesses，Optik.2012,Vol:123，125-131）提到使用材料厚度渐变的方法获得较宽禁带，但是这种方法所需晶体周期数较多，结构较为复杂。20120139917.0专利申请公开了一种基于光子晶体的全可见光波段全角度反射器，但其工作范围仅覆盖全可见光波段，高反射带范围窄，不能用来作为薄膜太阳能电池背反射器。201210184423.4专利申请公开了一种基于光子晶体的近紫外至近红外光波段全角度反射器，其工作范围为375nm~893nm，波长范围也不能符合薄膜太阳能电池背反射器的工作要求。 

发明内容

本发明的目的是提供一种用于薄膜太阳能电池的碳基光子晶体背反射器，可实现600nm~1300nm光波段的高反射，解决了现有Al背反射器吸收大和介质反射器高反射带窄，导致太阳电池效率低的问题。 

本发明的目的还在于提供一种用于薄膜太阳能电池的碳基光子晶体背反射器的制备方法。 

本发明的原理是这样的：通过调整光子晶体的结构和周期数对光子晶体结构进行优化，将会发现在较大范围内出现完全光子禁带，而在此基础上叠加另一种光子晶体，将会发现最终的禁带将是两种光子晶体禁带的叠加。本发明采用的是频域叠加原理，即由具有不同频段禁带范围的光子晶体相叠加，以展宽禁带范围，实现超宽高反射带的用于太阳能电池的碳基光子晶体背反射器。 

具体的，本发明的一种用于薄膜太阳能电池的碳基光子晶体背反射器，由结构为[A/B]_m A和[C/D]_n C的两种光子晶体叠加构成，两种光子晶体之间有一缓冲层E，反射器的结构为[A/B]_m A E[C/D]_n C，其中： 

第一光子晶体[A/B]_m A中，材料A的折射率为3.83，材料B的折射率为1.8，光子晶体的晶格常数d=150nm，单个周期内A的厚度d₁=50nm，B的厚度d₂=100nm，周期数m取3；

第二光子晶体[C/D]_n C中，材料C的折射率为3.83，材料D的折射率为1.8，光子晶体的晶格常数d=210nm，单个周期内C的厚度d₃=70nm， D的厚度d₄=140nm，周期数n取4；

缓冲层E的折射率为1.8，厚度为d₅=120nm。