[发明专利]一种增强非晶硅薄膜光吸收的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种增强非晶硅薄膜光吸收的方法，属于太阳电池应用领域。

背景技术

太阳能发电在解决全球能源危机，以及减缓温室效应方面有着巨大的应用价值。近年来，硅太阳电池的开发应用成为了众多科学家们研究的焦点。作为半导体和微电子工业中最重要的基础材料，硅以其高储量、较为成熟的工艺、污染小、较高的转换效率、稳定性好等优势成为了太阳电池研究开发的重点材料，据资料显示，其所占市场份额已超过90％。其中，非晶硅薄膜电池存在很多突出的优点，例如，质量轻，比功率高，吸收系数大，抗辐射性能好，耐高温，成本低等等。然而，由于非晶硅薄膜存在严重的光衰减效应和较多的结构缺陷，使其光电转换效率较低，严重影响了其在光伏市场上的推广应用。因此，提高非晶硅薄膜太阳电池的光电转换效率有着非常重要的意义。

前人研究已经表明利用金属纳米结构具有的特殊光学性能，可通过其表面等离子共振形式增大光的吸收截面、增强光散射能力，文献报道如U.Kreibig and M.Vollmer，Optical Properties of Metal Clusters(Springer-Verlag，New York，1995)以及C.F.Bohren and D.R.Huffman，Absorption andScattering of Light by Small Particles(John Wiley & Sons，New York，1983)。此外，金属纳米结构还具有增强局域化电磁场的特性。如S.Pillai，K.R.Catchpole，T.Trupke，and M.A.Green，J.Appl.Phys.101(2007)093105；以及D.M.Schaadt，B.Feng，and E.T.Yu，Appl.Phys.Lett.86(2005)063106。而这些特性有可能用于增强材料对光的吸收。

发明内容

本发明提供一种简单的增强非晶硅薄膜光吸收的方法，通过延长光子

在非晶硅薄膜中的传播路径，以此增加光吸收。

本发明的增强非晶硅薄膜光吸收的方法，包括以下步骤：

1)利用等离子化学气相沉积法在清洗后的衬底上沉积非晶硅薄膜；

2)采用电子束蒸发法在非晶硅薄膜表面生长银膜；

3)表面沉积银膜的非晶硅薄膜经过热处理，得到银岛膜结构。

上述制备方法中各步骤具体可以按如下方式进行：

1)清洗衬底，清洗方法如下：用去离子水、酒精和丙酮依次分别超声清洗；然后用去离子水充分漂洗后晾干；

将清洗后的衬底放入等离子化学气相沉积设备的反应室中，先将真空度抽至5×10^-4Pa以下，然后通入硅烷，在薄膜沉积过程中，衬底温度150℃～350℃；

2)将覆有非晶硅薄膜的衬底放入电子束蒸发设备的反应室中，反应室真空度抽至5×10^-3Pa以下，衬底温度为100℃～300℃，在非晶硅薄膜表面沉积一层银膜，银颗粒径向尺寸为10～300nm；

3)对表面沉积银的非晶硅薄膜进行热处理，热处理温度为100℃～400℃，退火时升温速率控制在1-20℃/min。

热处理温度对非晶硅薄膜和银岛膜有一定影响，热处理有利于银岛膜中银颗粒均匀化，但高温热处理会促使非晶硅薄膜晶化，因此热处理最优温度为200℃～400℃热处理，退火时升温速率控制在1-20℃/min。

本发明使用的设备与现行成熟工艺兼容，方法简单可控，制备出的银岛膜对非晶硅薄膜光吸收的增强方式简单，可用于增加非晶硅太阳电池转换效率，以及增强相关LED发光等方面。

附图说明

图1是表面沉积银岛膜的非晶硅薄膜的结构示意图；

图2是实施例1银岛膜的表面扫描电镜照片；

图3是实施例1银岛膜的原子力显微三维照片；

图4是实施例1覆盖了径向平均尺寸为20nm银岛膜的非晶硅薄膜样品的反射率与参考样品的反射率之比即反射增强因子与波长的关系。

图5是实施例2覆盖了平均颗粒尺寸10nm的银岛膜后，非晶硅薄膜样品的反射率与参考样品的反射率之比即反射增强因子与波长的关系。

具体实施方式

实施例1

1)选用普通商用石英衬底，尺寸为1cm×2cm。衬底首先进行清洗，清洗方法如下：1、用去离子水、酒精和丙酮依次分别超声清洗15min；2、用去离子水充分漂洗后晾干。