[发明专利]一种倒楔形体陷光结构及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及新型清洁能源和微纳光子领域，具体涉及了一种太阳能电池的周期性倒楔形体陷光结构及其制备方法。

背景技术

目前市场上占主导地位的光伏电池为晶体硅电池。它具有工艺成熟、性能稳定、光电转换效率高的优点，商业生产的组件效率目前已超过 19%，电池片的最高效率也已经达到 25.6%。尽管经过多年的努力，电池的生产成本已经大幅下降，但是仍超过传统煤电成本。为了进一步降低成本，电池发展到第二代，即薄膜硅电池。

薄膜硅太阳能电池由于光损失较大，转换效率降低。目前，采用陷光结构是解决光学损失的有效方法之一。陷光结构就是在太阳能电池的表面做出一些特殊的结构，这可以增加太阳光的吸收率。

发明内容

针对上述技术缺点，本发明设计了一种周期性倒楔形体陷光结构，该结构可以增强光吸收率，并且可以低成本地制备到大面积单晶硅片上。

由于同时具有折射率渐变的减反能力和周期结构而带来的陷光能力，所以其对整个太阳光波段的光吸收都较好。

由于其两个基矢的夹角、长短与其底面两边长都可以改变，有极大的优化空间。

本发明采用如下技术方案：

一种用于薄膜太阳能电池的陷光结构，其特征在于，其结构表面具有周期性的倒楔形体，且在表面上覆盖有一层钝化膜。

倒楔形体其侧面与硅表面均成54.7°夹角，倒楔形体的上底面长与宽不同，其下底面为一条与上底面平行的线。而且，本发明复合曲面陷光结构的制备方法的特征在于，该复合曲面陷光结构的制造方法具有以下工序：

使用干涉光刻与湿法刻蚀方法制造周期性倒楔形体陷光结构的工序，以及，

在上述复合曲面陷光结构上形成钝化层的工序。

在制备陷光结构所需要的抗蚀剂掩膜中，均匀地周期性分布着椭圆孔洞。椭圆孔洞其长半径与短半径可调。基矢的夹角可以为任意角度，基矢长度可以相同也可以不同。

该结构置于电池的迎光面，用于减少表面光的反射率，并且增加光在太阳能电池内部的光程，从而增加电池的短路电流密度。

与现有技术相比，本发明具有以下优良性质。

一、该结构由周期性倒楔形体组成，具备陷光与减反的双重作用，倒楔形体为非对称结构，增加了陷光作用。

二、该结构的基矢长度、夹角可调，且上底面两边长可调，具有更强的陷光能力。

三、本发明提出的制备周期性倒楔形体陷光结构方法为两步干涉光刻和湿法刻蚀方法，可以低成本的制备大面积均匀性好的倒楔形体陷光结构，这是之前的方法达不到的。

附图说明

图1为已制备出的三角格子周期性倒楔形体陷光结构的图片。

图2为结构的光谱响应。

图3为结构的角度谱响应。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施对本发明进行进一步的描述。

以三角晶格状的楔形体陷光结构为例。呈三角晶格分布的周期性倒楔形体陷光结构的具体形貌如图1所示，其周期为三角格子周期，其每个侧面与硅表面均成54.7°夹角，倒楔形体的上底面长与宽不同，其下底面为一条与上底面平行的线。

本发明制备陷光结构的步骤为。

步骤一，在晶向为100的硅片上形成一层厚度合适的氧化硅薄膜。

步骤二，利用干涉光刻的方法在抗蚀剂上制备出周期性椭圆孔洞掩膜。根据光刻参数不同导致椭圆孔洞的形状不同，椭圆孔洞分布的基矢的夹角与长度也不同。

步骤三，利用化学或物理方法将抗蚀剂上的椭圆孔洞传递到作为基底的二氧化硅表面，包括但不限于反应离子刻蚀方法、湿法刻蚀方法。

步骤四，洗去残余的抗蚀剂，利用各向异性刻蚀的方法在有二氧化硅掩膜覆盖的硅表面刻蚀出周期性的倒楔形体。

步骤五，用氢氟酸洗去残余的二氧化硅层，得到硅上的周期性倒楔形体陷光结构。

步骤六，通过真空溅射成膜等方法在周期性倒楔形体陷光结构表面覆盖一层钝化膜。

下面结合实施例来进行说明。

实施例：

本实施例中，需要制备出的结构为三角晶格周期，晶格的两基矢夹角为60°，两基矢长度均为1.5μm，结构内每个倒楔形体的长边长为1.2μm，短边长为1μm，深度为0.7μm，采用单晶硅作为基底，实物的扫描电镜图见图1。