硅基太阳能电池表面氧化锌纳米阵列减反射层的制备方法

摘要

本发明公开了一种硅基太阳能电池表面氧化锌纳米阵列减反射层的制备方法。该方法是在硅基太阳能电池表面先利用原子层沉积或者溶液法制得一层氧化锌，退火后在前驱体水溶液中反应得到氧化锌纳米阵列减反射层。本发明的优点在于：有效地减少了硅基太阳能电池表面的光反射，在一定波长范围内提高了硅基太阳能电池的光电转换效率，且该氧化锌纳米阵列减反射层制备方法简单，实验温度低。

说明书

技术领域

本发明涉及氧化锌纳米阵列减反射层的制备方法，特别涉及一种降低太阳能电池反射的氧化锌纳米阵列减反射层的制备方法，它用于硅基太阳能电池以降低太阳能电池表面的反射。

背景技术

能源危机与环境污染的日趋严重，迫使人们将目标转向可再生清洁能源，太阳能由于其取之不尽用之不竭的独特优势，成为世界各国可持续发展能源的战略决策，而光伏发电也被视为人类未来能源的希望。

1839年，法国Becquerel第一次在化学电池中观察到光伏效应。1876年，在固态硒(Se)的系统中也观察到了光伏效应，随后开发出Se/CuO光电池。有关硅光电池的报道出现于1941年。贝尔实验室Chapin等人1954年开发出效率为6％的单晶硅光电池，现代硅太阳电池时代从此开始。硅太阳电池于1958年首先在航天器上得到应用。几十年来，硅太阳电池先后经历了三个主要发展时期，技术日益成熟，效率逐步提高，成本也日渐降低。近年来，由于硅原料丰富、工艺成熟、性能稳定以及对环境污染较小，硅太阳电池在商用太阳电池市场上占据统治地位。

对于常规的硅太阳电池，有约三分之一的光由于被反射而浪费，表面植绒和制备减反射层成为降低光反射的主要方法，但是减反射效果仍旧只是差强人意，所以采取有效的方法来最大限度地减少光反射有着重要的意义，是目前光伏电池领域的研究重点之一。氧化锌是一种新型的II-VI族直接带隙宽禁带半导体材料，纳米氧化锌具有纳米材料和半导体材料两方面的优异性能，是近年来半导体研究领域的研究热点，在液晶显示器、太阳能电池、保护性涂层、气敏元件、固体照明光源和紫外发光器件等领域表现出潜在应用前景。氧化锌材料禁带宽度为3.37eV，对可见光有很好的透过性，而且纳米氧化锌有较好的陷光效应，对于减少硅基太阳能电池表面的光反射及提高硅基太阳能电池中的光吸收有着重要的潜在应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种硅基太阳能电池表面氧化锌纳米阵列减反射层的制备方法，该制备方法操作简单，采用此方法能有效地降低太阳能电池表面的反射，提高电池的光吸收。

本发明的方法是在硅基太阳能电池表面先利用原子层沉积或者溶液法制得一层氧化锌，退火后在反应物前驱体水溶液中反应得到氧化锌纳米阵列减反射层。

本发明中，氧化锌纳米阵列的制备方法包括如下步骤：

1)在硅基太阳能电池样品表面生长厚度为10-50nm的氧化锌层；

2)将硅基太阳能电池样品在350-400℃下退火20-60min，自然冷却；

3)将硅基太阳能电池样品浸入含有0.75-7.5mM聚乙烯亚胺、0.005-0.05M六水硝酸锌和0.005-0.05M环六亚甲基四胺前驱体的水溶液中，置于80-100℃温度下，反应2-8小时；

4)冷却后将硅基太阳能电池样品取出，用去离子水冲洗，然后用氮气吹干，获得氧化锌纳米阵列减反射层。

其中：厚度为10-50nm的氧化锌层可以用原子层沉积方法来获得，或者用含有2-8mM无水醋酸锌和2-8mM二乙醇胺的无水乙醇溶液涂于硅基太阳能电池表面后获得。

本发明的优点在于：有效地减少了硅基太阳能电池表面的光反射，在一定波长范围内提高了硅基太阳能电池的光电转换效率，且该氧化锌纳米阵列制备方法简单，实验温度低。

附图说明

图1为本发明的电池表面氧化锌纳米阵列减反射层的扫描电子显微镜截面图。

具体实施方式

实施例1：

利用原子层沉积方法在多晶硅太阳能电池片表面沉积50nm厚的氧化锌层，然后在400℃下退火60分钟，自然冷却后将样品浸入含有7.5mM聚乙烯亚胺、0.05M六水硝酸锌、0.05M环六亚甲基四胺前驱体的水溶液中，置于100℃温度下，反应8小时，冷却后将电池取出，用去离子水冲洗，然后用氮气吹干，获得氧化锌纳米阵列减反射层。

实施例2：

利用原子层沉积方法在单晶硅太阳能电池片表面沉积10nm厚的氧化锌层，然后在350℃下退火20分钟，自然冷却后将样品浸入含有0.75mM聚乙烯亚胺、0.005M六水硝酸锌、0.005M环六亚甲基四胺前驱体的水溶液中，置于80℃温度下，反应2小时，冷却后将电池取出，用去离子水冲洗，然后用氮气吹干，获得氧化锌纳米阵列减反射层。

实施例3：

利用原子层沉积方法在非晶硅太阳能电池片表面沉积40nm厚的氧化锌层，然后在380℃下退火30分钟，自然冷却后将样品浸入含有3mM聚乙烯亚胺、0.02M六水硝酸锌、0.02M环六亚甲基四胺前驱体的水溶液中，置于95℃温度下，反应4小时，冷却后将电池取出，用去离子水冲洗，然后用氮气吹干，获得氧化锌纳米阵列减反射层。

实施例4：

将含有8mM无水醋酸锌和8mM二乙醇胺的无水乙醇溶液旋涂于单晶硅太阳能电池的表面，然后在400℃下退火60分钟，自然冷却后将样品浸入含有7.5mM聚乙烯亚胺、0.05M六水硝酸锌、0.05M环六亚甲基四胺前驱体的水溶液中，置于100℃温度下，反应8小时，冷却后将电池取出，用去离子水冲洗，然后用氮气吹干，获得氧化锌纳米阵列减反射层。

实施例5：

将含有2mM无水醋酸锌和2mM二乙醇胺的无水乙醇溶液旋涂于多晶硅太阳能电池的表面，然后在350℃下退火20分钟，自然冷却后将样品浸入含有0.75mM聚乙烯亚胺、0.005M六水硝酸锌、0.005M环六亚甲基四胺前驱体的水溶液中，置于80℃温度下，反应2小时，冷却后将电池取出，用去离子水冲洗，然后用氮气吹干，获得氧化锌纳米阵列减反射层。

实施例6：

将含有5mM无水醋酸锌和5mM二乙醇胺的无水乙醇溶液旋涂于非晶硅太阳能电池的表面，然后在380℃下退火30分钟，自然冷却后将样品浸入含有4.5mM聚乙烯亚胺、0.03M六水硝酸锌、0.03M环六亚甲基四胺前驱体的水溶液中，置于95℃温度下，反应4小时，冷却后将电池取出，用去离子水冲洗，然后用氮气吹干，获得氧化锌纳米阵列减反射层。