[发明专利]用于太阳能热光伏电池的吸收-辐射器结构的制备方法

说明书

本发明公开一种用于太阳能热光伏电池的吸收‑辐射器结构，包括一侧以硅纳米阵列结构作为吸收器、另一侧以金属‑布拉格反射镜结构作为辐射器的一体化结构；所述硅纳米阵列采用的衬底硅片为双抛p或n型单晶硅，所述金属‑布拉格反射镜结构的金属采用高熔点金属钽、钨或钼，布拉格反射镜结构采用氮化硅、氮氧化硅交替多层叠面结构。本发明结构可通过简易的微加工方式进行大规模制备，能够实现优异光学吸收高效利用太阳能，以及实现针对窄带隙光伏电池带隙位置的窄带辐射，有效抑制长波处的吸收，减少热辐射损耗。此硅基一体化结构具有优异的高温稳定性，能够耐受太阳能热光伏系统超高温环境的工作条件。

技术领域

本发明涉及用于太阳能热光伏电池的吸收-辐射器结构及其制备方法，更具体的说是涉及一种硅纳米阵列吸收器-硅基塔姆窄带辐射器一体化结构及其制备方法，属于太阳能热光伏领域。

背景技术

结合微纳结构材料和纳米光子学的特点，针对太阳光谱进行宽光谱调控，探索相应结构材料中的光-热-电转换物理机制，实现高效率的光电转换是当前国际上的研究前沿。为此，研究者们提出了聚光太阳能热光伏系统的设计，通过吸收宽谱太阳能辐射能量转换成靠近底部光伏电池带隙的光子，实现窄带光子的再辐射，这一设计可以突破单结光伏电池的效率极限，达到85.4％的高效光电转换效率。然而，目前国际上最高的太阳能热光伏系统实验效率却低于10％，其中影响系统效率最关键的因素就是系统中的吸收器-辐射器一体化部件性能。

研究者们提出了多种吸收器-辐射器一体化结构设计方案，包括一维相干完美吸收结构、二维光子晶体结构，然而相应的器件光谱性能却存在多种不利因素进而影响整体系统效率：无法实现针对底部光伏电池带隙的窄带辐射造成额外的热化损耗；长波范围内无法有效抑制样品辐射，辐射出不会被吸收利用的低于光伏电池带隙的光子，造成辐射损耗。同时，为了尽可能使辐射器黑体辐射谱的峰位与底部光伏电池相匹配，吸收器会吸收高强度聚光辐射使整体结构达到超高温度(900摄氏度)，因此所设计一体化部件需要优异的高温稳定性，这也是一个极大的挑战。

发明内容

发明目的：针对现有技术中存在的问题与不足，本发明提供用于太阳能热光伏系统的硅基吸收器-辐射器一体化结构及其制备方法。本结构可通过简易的微加工方式进行大规模制备，能够实现优异光学吸收高效利用太阳能，以及实现针对窄带隙光伏电池带隙位置的窄带辐射，有效抑制长波处的吸收，减少热辐射损耗。此硅基一体化结构具有优异的高温稳定性，能够耐受太阳能热光伏系统超高温环境的工作条件。

本发明的技术方案：用于太阳能热光伏电池的吸收-辐射器结构，其特征在于：包括一侧以硅纳米阵列结构作为吸收器、另一侧以金属-布拉格反射镜结构作为辐射器的一体化结构；所述硅纳米阵列采用的衬底硅片为双抛p或n型单晶硅，所述金属-布拉格反射镜结构的金属采用高熔点金属钽、钨或钼，布拉格反射镜结构采用氮化硅、氮氧化硅交替多层叠面结构。

本发明进一步限定的技术方案为：所述硅纳米阵列结构为干法刻蚀得到的硅纳米锥阵列或硅纳米柱阵列。

本发明还涉及一种用于太阳能热光伏电池的吸收-辐射器结构的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)清洗P或N单晶双抛硅片作为衬底，用RCA标准清洗流程进行清洗；

2)通过液面提拉法在双抛硅片一侧覆盖单层PS小球密堆积阵列，并在样品表面放置环形模板，中间留出覆盖有PS小球的裸露区域；

3)将以上样品置于等离子体刻蚀腔内，腔室真空抽至3*10^-4Pa，通入反应气体氧气、六氟化硫、四氟化碳，流量分别设置为5sccm、 5～40sccm、5～40sccm，功率设置为100W，刻蚀300s～600s；形成纳米锥/纳米柱阵列；

4)利用RCA标准清洗流程再清洗以上样品；