[发明专利]一种太阳能电池及其制备方法

说明书

本发明涉及太阳能电池技术领域，具体涉及一种太阳能电池及其制备方法，包括衬底、背电极和吸收层，在背电极和吸收层之间还设置有纳米颗粒层，且纳米颗粒由电介质材料形成。纳米颗粒层可以增加入射光在吸收层中的散射，延长光程，增加陷光作用，从而显著提高吸收层中光的吸收，达到提高短路电流密度的目的。本发明提供的太阳能电池即节省了吸收层的材料，也提高了电池转换效率，并且制备方法简单，操作方便，重复性好，易于大规模生产。

技术领域

本发明涉及太阳能电池技术领域，具体涉及一种太阳能电池及其制备方法。

背景技术

近年来，薄膜太阳能电池成为光伏行业的发展趋势，它具有节省材料、提高生产速率、降低运输成本等优势。铜铟镓硒(CIGS)薄膜电池具有高光吸收系数、高转化效率、高稳定性、抗辐射能力和可调的禁带宽度等优势，最高效率可达22.9％，具有非常好的应用前景。但是CIGS薄膜电池中的铟和镓属于稀有金属，地球储量低且价格昂贵，严重制约了CIGS电池的大规模生产。因此，尽可能节省制备CIGS吸收层所需的材料是业界的重要研究课题。

目前节省吸收层材料的的主要方法是制备超薄吸收层，即在垂直方向上降低吸收层的厚度,众所周知，传统薄膜CIGS太阳能电池吸收层的厚度为2-3μm，而以节省吸收层材料为目的的超薄CIGS太阳能电池吸收层的厚度则低于1μm。但该超薄CIGS太阳能电池量子效率低，对太阳光谱吸收能力变弱，尤其是对长波波段的吸收能力大幅降低，导致短路电流密度降低，电池转换效率降低；此外，背电极与吸收层界面载流子复合率增加，导致电池开路电压和填充因子降低。例如，《低温超薄高效Cu(In,Ga)Se₂太阳电池的实现》(韩安军，孙云，李志国等,物理学报,2013,62(4):48402-048402.)公开了一种低温超薄高效Cu(In,Ga)Se₂太阳电池，制备的超薄吸收层的厚度约为0.7μm，但短路电流密度(Jsc)仅为24-33mA·cm^-2，开路电压(Voc)只有0.48-0.52V，填充因子(FF)在0.62-0.68％，电池转换效率仅仅10.3％。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的超薄太阳能电池光谱吸收能力低和电池转换效率低的缺陷，从而提供一种太阳能电池及其制备方法。

为此，本发明的技术方案如下：

一种太阳能电池，包括衬底、背电极和吸收层，在背电极和吸收层之间还设置有纳米颗粒层，且纳米颗粒由电介质材料形成。采用电介质纳米颗粒层，能够增加入射光在吸收层中的散射，有利于提高光吸收和提高短路电流密度。

在一个具体的实施方式中，所述纳米颗粒层中的纳米颗粒呈等间距阵列排布。这种阵列结构可以降低吸收层和背电极的接触面积，从全面积接触变为点接触，从而降低了载流子的复合，增强载流子收集作用，提高电池开路电压和填充因子，改善电池整体性能。其中，进一步地，所述纳米颗粒层中的纳米颗粒为单层等间距阵列排布。这样，能够取得更好的改善效果。

在一个具体的实施方式中，所述纳米颗粒的间距为50-100nm。进一步地，所述纳米颗粒粒径为200-300nm。入射光照射到纳米颗粒表面会反射回吸收层中，增加光程，通过有规律控制纳米颗粒的相对位置，可以更准确地优化光场分布，实现了对光生载流子电场分布的调节，提高了吸收层的光吸收。

在一个具体的实施方式中，所述电介质材料为金属氧化物颗粒、陶瓷颗粒、聚合物颗粒中的至少一种。其中，例如，进一步地，所述金属氧化物颗粒包括二氧化钛、氧化铝和氧化铟中的至少一种；进一步地，所述陶瓷颗粒包括二氧化硅、氮化硼和碳化硅中的至少一种；进一步地，所述聚合物颗粒包括聚酰亚胺。采用所述的电介质材料，不会影响吸收层材料，不会影响光生载流子的传输，有利于电池性能的提高。

在一个具体的实施方式中，所述衬底材料选自玻璃、不锈钢或聚酰亚胺。

在一个具体的实施方式中，所述吸收层为CIGS层，所述背电极为金属钼。