一种薄膜太阳电池Ag/Al芯壳复合纳米颗粒陷光结构的制备方法

摘要

本发明属于薄膜太阳电池技术领域的一种薄膜太阳电池Ag/Al芯壳复合纳米颗粒陷光结构的制备方法。本发明的方法采用磁控溅射结合原位退火的方式制备了Ag/Al芯壳复合结构纳米颗粒陷光结构。磁控溅射法制备金属纳米颗粒简单易行且重复性好。因此，非常容易通过工艺参数如薄膜厚度和退火温度的改变，制备不同形貌、不同芯壳尺寸及不同表面覆盖率的Ag/Al芯壳复合结构纳米颗粒。通过对上述参数的改变，可以有效调节纳米颗粒的光学性能，展宽其消光谱峰。其消光峰位在350～700nm范围可调，消光谱半高宽显著展宽，且用做非晶硅薄膜太阳电池陷光结构，可以极大地提高太阳电池的光电转换效率。

说明书

技术领域

本发明属于薄膜太阳电池技术领域，具体涉及一种薄膜太阳电池Ag/Al芯壳复合纳米颗粒陷光结构的制备方法。 

背景技术

近年来，利用金属纳米颗粒表面等离激元独特的光学吸收特性作为薄膜太阳电池新型陷光结构引起了广泛的关注。澳大利亚新南威尔士大学M.A.Green小组采用Ag纳米颗粒增强硅太阳电池光吸收性能，使晶硅太阳电池在1200nm波长附近的光吸收性能提高了7倍，多晶硅薄膜太阳电池的光吸收性能在1050nm波长附近提高了16倍。美国加州工学院K.Nakayama等人在GaAs太阳电池表面沉积一层Ag纳米颗粒，使电池光电转换效率相对提高了5.9%。Derkacs等人将Au纳米颗粒沉积在InP/GaAsP量子阱结构的太阳电池上，电池总体效率相对提高了17%。但这些研究工作绝大多数仅局限于单一的纯金属纳米颗粒，纯金属纳米颗粒只能使电池对局部光谱范围的吸收增强，对其光电转换效率的提高并不是十分显著。只有拓宽金属纳米颗粒消光谱域并增强纳米颗粒对光散射，才能实现太阳电池的有效广谱吸收。 

研究表明，芯壳复合纳米颗粒的壳层能有效地改变芯壳的性质，使这种芯壳复合结构的纳米颗粒消光谱域显著展宽，并表现出独特的人工设计特性。因此，芯壳复合纳米颗粒有望在广谱范围提高太阳电池的光吸收率。Graf等对Si02/Au复合结构的纳米颗粒光学吸收特性的研究发现，随着Au壳层厚度的改变，其消光谱峰将在可见-近红外光谱范围内产生可控的移动。F.Hubenthal采用电子束沉积法制备了Au/Ag芯壳结构结构纳米颗粒，研究发现改变壳层厚度，可以是消光峰位在420～605nm范围内可调。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种薄膜太阳电池Ag/Al芯壳复合纳米颗粒陷光结构的制备方法。 

一种薄膜太阳电池Ag/Al芯壳复合纳米颗粒陷光结构制备方法，包括如下步骤： 

步骤1：选择基体材料； 

步骤2：在基体材料上采用磁控溅射法室温下制备Ag薄膜； 

步骤3：对Ag薄膜进行原位退火，形成Ag芯纳米颗粒； 

步骤4：在已制备Ag芯纳米颗粒的基体材料上，再次采用磁控溅射法室温下制备Al薄膜； 

步骤5：对Al薄膜进行原位退火，形成Al壳层纳米颗粒的同时，形成薄膜太阳电池Ag/Al芯壳复合纳米颗粒陷光结构； 

步骤6：完善太阳电池器件工艺，制备出含有Ag/Al芯壳复合纳米颗粒陷光结构的薄膜太阳电池。 

步骤1中所述基体材料为薄膜太阳电池表面、薄膜太阳电池的发射区或薄膜太阳电池的衬底。 

步骤2中所述Ag薄膜的厚度为4～15nm。 

步骤3中所述Ag薄膜原位退火的温度为150～550℃。 

步骤4中所述Al薄膜的厚度为5～12nm。 

步骤5中所述Al薄膜原位退火的温度为100～300℃。 

本发明的方法采用磁控溅射结合原位退火的方式制备了Ag/Al芯壳复合结构纳米颗粒陷光结构。Ag/Al芯壳复合纳米颗粒陷光结构可以制备在薄膜太阳电池表面、或薄膜太阳电池的减反射膜与发射区之间、或太阳电池的基区与衬底之间。磁控溅射法制备金属纳米颗粒简单易行且重复性好。因此，非常容易通过工艺参数如薄膜厚度和退火温度的改变，制备不同形貌、不同芯壳尺寸及不同表面覆盖率的Ag/Al芯壳复合结构纳米颗粒。通过对上述参数的改变，可以有效调节纳米颗粒的光学性能，展宽其消光谱峰。其消光峰位在350～700nm范围可调，消光谱半高宽显著展宽，且用做非晶硅薄膜太阳电池陷光结构，可以极大地提高太阳电池的光电转换效率。 

附图说明

图1为含Ag/Al芯壳复合纳米颗粒陷光结构的薄膜太阳电池结构示意图； 

图2为含Ag/Al芯壳复合纳米颗粒陷光结构的薄膜太阳电池结构示意图； 

图3为含Ag/Al芯壳复合纳米颗粒陷光结构的薄膜太阳电池结构示意图； 

图中各标号为：1-衬底；2-基区；3-发射区；4-减反射膜；5-金属电极；6-Ag/Al芯壳复合纳米颗粒陷光结构。 

图4为实施例2制备的Ag/Al芯壳复合纳米颗粒陷光结构光谱吸收图。 

具体实施方式

本发明一种薄膜太阳电池Ag/Al芯壳复合纳米颗粒陷光结构制备方法。本发明通过采用磁控溅射法，制备出一种薄膜太阳电池Ag/Al芯壳复合纳米颗粒陷光结构。 

一种薄膜太阳电池Ag/Al芯壳复合纳米颗粒陷光结构制备方法，包括如下步骤： 

步骤1：选择基体材料； 

步骤2：在基体材料上采用磁控溅射法室温下制备Ag薄膜； 

步骤3：对Ag薄膜进行原位退火，形成Ag芯纳米颗粒； 

步骤4：在已制备Ag芯纳米颗粒的基体材料上，再次采用磁控溅射法室温下制备Al薄膜； 

步骤5：对Al薄膜进行原位退火，形成Al壳层纳米颗粒的同时，形成薄膜太阳电池Ag/Al芯壳复合纳米颗粒陷光结构； 

步骤6：完善太阳电池器件工艺，制备出含有Ag/Al芯壳复合纳米颗粒陷光结构的薄膜太阳电池。 

步骤1中所述基体材料为薄膜太阳电池表面、薄膜太阳电池的发射区或薄膜太阳电池的衬底，如图1-3所示。 

磁控溅射靶的纯度应大于5N（5个9以上）。 

下面以具体实例进行进一步说明。 

实施例1 

步骤1：选择薄膜太阳电池表面作为基体材料； 

步骤2：在基体材料上采用磁控溅射法室温下制备Ag薄膜，Ag薄膜厚度为10nm； 

步骤3：对Ag薄膜进行原位退火，退火温度为450℃，形成Ag芯纳米颗粒； 

步骤4：在已制备Ag芯纳米颗粒的基体材料上，再次采用磁控溅射法室温下制备Al薄膜，Al薄膜厚度为7nm； 

步骤5：对Al薄膜进行原位退火，退火温度为250℃，形成Al壳层纳米颗粒的同时，形成薄膜太阳电池Ag/Al芯壳复合纳米颗粒陷光结构； 

步骤6：完善太阳电池器件工艺，制备出含有Ag/Al芯壳复合纳米颗粒陷光结构的薄膜太阳电池，如图1所示。 

实施例2 

步骤1：选择未制备减反射膜的太阳电池器件作为基体材料； 

步骤2：在基体材料上采用磁控溅射法室温下制备Ag薄膜，Ag薄膜厚度为7nm； 

步骤3：对Ag薄膜进行原位退火，退火温度为500℃，形成Ag芯纳米颗粒； 

步骤4：在已制备Ag芯纳米颗粒的基体材料上，再次采用磁控溅射法室温下制备Al薄膜，Al薄膜为8nm； 

步骤5：对Al薄膜进行原位退火，退火温度为300℃，形成Al壳层纳米颗粒的同时，形成薄膜太阳电池Ag/Al芯壳复合纳米颗粒陷光结构； 

步骤6：制备减反射膜，完善太阳电池器件工艺，制备出含有Ag/Al芯壳复合纳米颗粒陷光结构的薄膜太阳电池，如图2所示。图4为制备的Ag/Al芯壳复合纳米颗粒陷光结构光谱吸收图，直线为Ag/Al芯壳复合纳米颗粒的光谱吸收图，间断线为Ag纳米颗粒的光谱吸收图。