[发明专利]一种薄膜太阳能电池陷光结构玻璃的制备及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种微纳制造、能源技术和微电子器件领域，具体地说，涉及的是一种薄膜太阳能电池陷光结构玻璃的制备及其应用。

背景技术

面对全球能源短缺危机和环境不断恶化，世界各国积极研究和开发利用可再生能源，从而实现工业和社会的可持续发展。光伏电池是一种重要的可再生能源，其发电原理是全新的，与传统方法完全不同。太阳能电池既没有马达旋转部分，也不会排出气体，是清洁无污染的发电方式。

太阳能电池既可作为独立能源，亦可实现并网发电。但与传统的火电、水电相比，太阳能电池昂贵。当前太阳能发电占总能源比例极小，仅有0.037%。光伏发电能否作为一般能源使用，取决于它的发电成本是否能与市电竞争。要降低太阳能电池的发电成本，一方面可以降低电池的生产成本，采用更少更廉价的原料、减少生产时间、采用更简单的生产工艺等；另一方面，可以提高太阳能电池的能量转换效率。太阳能电池能量转换效率每提高1%,就可以降低7%的发电成本[黄惠良，萧锡炼，周明奇，林坚杨，江雨龙，曾百亨.太阳能电池：制备、开发、应用.M.科学出版社.2012]。

薄膜太阳能电池对降低制作能源需求及材料消耗有很大的优势。薄膜电池一般可以在价格低廉的玻璃、塑料、陶瓷和金属片等不同材料基板上生长，可以用PECVD和溅射等方法实现大面积生长。但与体硅太阳能电池相比，薄膜电池光电转化效率太低。薄膜电池吸收层厚度在几百纳米至一微米，而光子在约小于2μm厚的吸收层里不能被完全吸收，因此平板薄膜电池对光的吸收率不高，尤其是长波段光子在薄膜吸收层的有限光路里吸收率较低，增强长波段光子在薄膜吸收层里的吸收对提高薄膜太阳能电池的能量转换效率至关重要。为了提高光子在薄膜结构中的吸收率，通常考虑在表面反射低的前提下延长光子在吸收层的光路，需要增强进入吸收层的光衍射，尤其是高次衍射，这样有利于陷光增强。近年来许多方法用来增强薄膜电池陷光，这些方法通常都是通过新颖结构来实现陷光增强[Sai H,Kanamori Y，Arafune K et al..Light trapping effect of submicron surface textures in crystalline Si solar cells[J].Progress in photovoltaics,2007,15(5):415–423.]，但这些新结构通常以提高成本为代价。

玻璃作为廉价且可大面积制备的基底而被广泛应用于薄膜电池结构中，采用图形化和各向同性刻蚀可以得到具有微纳结构的玻璃基片，基于此类基片制备的薄膜太阳能电池具有良好的陷光效果[Jeehwan Kim,Augustin J Hong,Jae-Woong Nah et al..Three-Dimensional a-Si:H Solar Cells on Glass Nanocone Arrays Paterned by Self-Assembled Sn Nanosph-eres[J].American Chemical Society，2012,16(1):265-271]。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种薄膜太阳能电池陷光结构玻璃的制备及其应用，该陷光结构具有周期性和对称性，拥有光子晶体的性能。作为薄膜太阳能电池衬底，可提高电池的陷光能力和光吸收。

根据本发明的一方面，提供一种薄膜太阳能电池陷光结构，所述陷光结构是一种微纳周期性的半球凹坑阵列结构，该结构具有周期性和对称性，拥有光子晶体的性能。

优选地，所述半球凹坑阵列结构的参数：半球凹坑结构图形大小在1μm-5μm之间，周期在1μm-10μm之间，包含各种阵列的排布。

所述的陷光结构通过各向同性腐蚀，在玻璃衬底上得到的整齐排列的半球凹坑结构。凹坑的半径和排列周期由模板决定，凹坑的深度由腐蚀时间决定。当结构的尺寸与光谱波长可比时，周期排列的结构对入射光起到光栅作用。当入射光经过此类结构时，透射衍射增强，同时光的传播方向偏折。以此为衬底的薄膜电池，一方面由于光的偏折，在吸收层中，光的传播路径延长，光子被吸收率的概率提高；另一方面，由于薄膜电池的吸收层通常比与其接触的其他介质折射率高，当光发生偏折，更容易在吸收层中发生全反射，即陷光能力增强。

根据本发明的另一方面，提供一种薄膜太阳能电池陷光结构玻璃的制备方法，所述方法采用微纳加工工艺，通过各向同性刻蚀，在平板玻璃上得到半球凹坑阵列结构，形成具有微纳周期性结构的玻璃。

所述薄膜太阳能电池陷光结构玻璃的制备方法，具体包括如下步骤：