[发明专利]一种太阳能电池用减反射材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属半导体领域，尤其涉及光电类材料的应用领域，具体涉及一种减反射材料及其制备方法，该发明利用射频磁控溅射法制备了非晶Er₂O₃-Al₂O₃(ErAlO)减反射复合氧化物薄膜。本发明提供了一种取代传统减反射材料SiO₂ 、TiO₂等的新型减反射候选材料，并提供了其制备方法。

背景技术

太阳能电池是光伏发电系统中最基本的元件，是把太阳能直接转变成电能的器件^[1-3]。为了提高光电转换效率，近年来, 太阳能新材料（如减反射材料、半导体材料、电极材料等）的开发研究在世界范围内形成了热潮， 取得了令人瞩目的进展^[1]。随着各种新型太阳能电池材料和各种新型电池结构的不断研究和发现，传统的减反射材料逐渐显现出无法克服的缺点，如SiO₂和MgF₂的折射率太小，TiO₂、Ta₂O₅等的禁带宽度太窄, MgF₂、TiO₂、Ta₂O₅还不能有效地钝化Si表面等^[4]，寻找新的高性能减反射薄膜材料，已成为研究的热点^[5-8]。

文献表明，电介质材料稀土氧化物如Er₂O₃ Tm₂O₃、Ho₂O₃等也是一种很有应用前景的新型减反射材料^[8-10]:非常大的禁带宽度（5-7eV），在太阳光的所有波长范围内，从红外到紫外所有波长的光都透明；适当的折射系数；足够大的机械强度和以致连钢针都不能把其表面刮伤的足够的硬度；与硅、锗和石英等表面优良的附着性能；非常好的化学稳定性和热稳定性。Er₂O₃等属于Mn₂O₃或bixbyte立方结构，且其晶格常数和Si的晶格常数的两倍比较接近，容易制备和Si形成陡峭的界面，减少由于光生载流子的界面复合而产生的漏电流。但是，稀土金属价格昂贵，而且，Er₂O₃热稳定性较差。而掺Al₂O₃可以大幅降低Er₂O₃等减反射薄膜的价格，还有望提高其热稳定性，所以ErAlO适合作为太阳能电池等的新型减反射涂层。

目前关于稀土氧化物薄膜作为减反射材料的研究工作，报导还较少，有关这类材料的研究工作尚处于初期阶段，仅涉及到反射率等一些最初始的结果，仍然有许多问题值得进一步开展研究。而且，ErAlO减反射薄膜的研究还未见报道。 

参考文献：

[1] Report of the basic energy sciences workshops on solar energy utilization, April, 2005. http://www.sc.doe.gov/bes/reports/files/SEU_rpt.pdf.

[2] Facing Our Energy Challenges in a New Era of Science, June 5, 2007, http://www.sc.doe.gov/bes/presentations/recent.html 

[3]刘恩科，光电池及其应用，1991年，科学出版社。

[4] G. Armin. Aberle, Solar Energy Materials & Solar Cells, 65 (2001) 239-248.

[5] C. Rachid, M. Bedra, and S. Yasmina, Phys.Stat.Sol. (a) 205, No.7, (2008),1724–1728.

[6] N. Kensuke, H. Susumu, O. Keisuke, M. Hideki, Solar Energy Materials & Solar Cells, 92 (2008) 919– 922.