[发明专利]基于纳米压印的硅薄膜太阳电池表面陷光结构制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及到一种基于纳米压印的硅薄膜太阳电池表面陷光结构制备方法，尤其是大面积制备既抗反射又陷光的表面结构的方法，属于纳米制造、能源技术和微纳电子器件领域。

背景技术

随着世界能源的日趋紧张,人们对可再生能源的重视提到了前所未有的高度。太阳能由于其丰富，稳定而且环境友好而成为研究的热点。

目前商业化太阳能电池以单晶硅和非晶硅为主。然而单晶硅电池和非晶硅电池耗费材料多，制造成本昂贵。薄膜太阳能电池由于其低耗材而备受关注，然而薄膜电池吸收层太薄而难以有效吸收光。通过纳米陷光结构与薄膜太阳能电池有望制备高效率低沉本的太阳能电池。各种陷光结构太阳能电池相继被设计出来，主要有导电层制绒[Muller J,Rech B,Springer J,Vanecek M.TCO and light trapping in silicon thin film solar cells.Solar Energy.2004;77:917-30]，衍射光栅[Zeng L,YiY,Hong C,Liu J,Feng N,Duan X,et al.Efficiency enhancement in Si solar cells by textured photonic crystal back reflector.Applied Physics Letters.2006;89:111111-3]，光子晶体结构[Biswas R,Bhattacharya J,Lewis B,Chakravarty N,Dalal V.Enhanced nanocrystalline silicon solar cell with a photonic crystal back-reflector.Solar Energy Materials and Solar Cells.2010;94:2337-42]以及表面等离子体结构[Atwater HA,Polman A.Plasmonics for improved photovoltaic devices.NatureMaterials.2010;9:865-]。

目前现有技术主要是先制备陷光结构，之后再在结构上面沉积太阳能电池，而这将影响电池制备工艺[Hsu CM,Battaglia C,Pahud C,Ruan ZC,Haug FJ,Fan SH,et al.High-Efficiency Amorphous Silicon Solar Cell on a Periodic Nanocone Back Reflector.Advanced Energy Materials.2012;2:628-33]，甚至产生过多缺陷，降低开路电压和填充因子，进而降低电池的效率。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于纳米压印的硅薄膜太阳电池表面陷光结构制备方法，在现有硅基薄膜电池上通过纳米压印技术制备一层降低反射结构同时陷光以延长电池光程，与传统制备具有陷光结构的硅基薄膜太阳能电池相比，不需要反应离子刻蚀等复杂设备，同时能够有效避免缺陷的形成，方便用于太阳能电池上并提高太阳能电池效率。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于纳米压印的硅薄膜太阳电池表面陷光结构制备方法，所述方法包括如下步骤：

第一步，准备修饰的压印模板。

（1）选择光刻模板，根据最小线宽采用商业光刻胶，通过传统的光刻技术将周期性或非周期性光刻模板的结构转移到玻璃衬底上的铬层上；

优选地，所述选择光刻模板，是指选择周期在500nm-20μm的周期二维阵列(正方,六角等)或非周期性光刻模板。

优选地，所述铬层厚度为50nm–1μm。

（2）使用氢氟酸缓冲溶液刻蚀铬层下面裸露玻璃，形成周期性半球阵列或非周期性半球结构；

优选地，所述氢氟酸缓冲溶液为(10wt%-40wt%)NH₄F和(5wt%-49wt%)HF的混合溶液，两者的混合体积比为5:1，刻蚀时间为10s-10min,刻蚀温度为15℃-35℃。在不同氢氟酸缓冲溶液浓度，不同刻蚀时间和不同刻蚀温度条件下,形成不同周期性半球阵列结构。

（3）使用去铬溶液去掉残留的铬层，再通过去离子水洗净，进而形成纳米压印玻璃模板。

（4）根据标准半导体清洗标准步骤对将作为纳米压印玻璃模板清洗，并在用氮气吹干，之后将纳米压印玻璃模板浸泡在含氟硅氧烷基的甲苯溶液中修饰，之后酒精清洗氮气吹干备用。