[发明专利]一种基于纳米氧化锌硅异质结电池的陷光结构及制备方法

说明书

技术领域

 本发明属于硅基高效太阳电池的制备技术，尤其是一种基于纳米氧化锌硅异质结电池的陷光结构及制备方法。

背景技术

太阳能是未来最具潜力的代替化石能源的一种清洁能源，而光伏器件必须降低成本、提高转化效率，才能真正的成为未来的能源支柱。为了降低成本同时保持高的转换效率，采用非晶硅/晶体硅异质结结构是很好的选择，这种电池采用宽带隙的氢化非晶硅薄膜作为窗口层或发射极，单晶硅、多晶硅片作为衬底，Sanyo公司首次提出在衬底与发射极间插入本征非晶硅薄膜，这一带有本征薄层的异质结太阳电池，即HIT（Heterojunction with Intrinsic Thin-Layer）电池结合了晶体硅和非晶硅电池的特点，受到人们广泛关注，HIT电池具有如下优点：1）HIT电池带本征非晶硅薄层的结构，在p-n结形成的同时完成了对硅片表面的钝化，大大降低了表面缺陷态密度，提高电池效率；2）HIT电池中非晶硅薄膜在低温条件下制备（<250℃），避免了传统单晶硅电池采用的高温（>900℃）扩散工艺制结，节约了能源，而且低温沉积过程中非晶硅薄膜掺杂、禁带宽度和厚度等都可以较精确控制，工艺上也更易于优化器件特性，此外，低温环境下单晶硅片弯曲变形小，因而其厚度可采用本底光吸收所要求的最小值（约80μm），有效减少硅材料用量；3）HIT电池光照稳定性好，基本不受Staebler-Wronski效应的影响，而且HIT电池的温度稳定性好，与传统单晶硅电池相比有较好的温度系数，使得电池在高温情况下能够实现更高的功率输出；4）HIT电池厚度薄，可以节省硅材料，成本低，低温工艺可以减少生产过程中能量的消耗，高效率使得在相同输出功率的条件下可以减少电池的面积，从而有效降低了电池的成本

HIT太阳电池的这些优点吸引了很多研究单位的关注，并开始了相同或相类似结构的非晶硅/晶体硅太阳电池的研究，电池的这些优点使其成为未来高效、低成本太阳电池发展的重要方向。

陷光结构是太阳电池中的重要组成部分，是降低成本、提高转化效率的重要手段之一。当前对于硅衬底电池来说常常采用湿法刻蚀的方法在光的入射面制备出金字塔结构来作为陷光结构，但是单晶金字塔结构在400-1100nm波长范围内的理论最小反射率是10.49%，这远远不能满足提高太阳电池效率所需要的陷光效果。

发明内容

本发明的目的是针对上述技术分析，提供一种基于纳米氧化锌硅异质结电池的陷光结构及制备方法，该电池结构在传统的HIT电池结构中引入纳米级尺寸的陷光结构，与具有大金字塔绒度的硅片一起形成一种新型的具有更高陷光能力的微结构，该新型的陷光结构在400-1100nm波长范围内明显降低入射光的损失，使入射光尽可能的进入到太阳电池的吸收层。

本发明的技术方案：

一种基于纳米氧化锌硅异质结电池的陷光结构，包括湿法刻蚀制备金字塔形貌、ZnO种子层和在种子层基础上生长的氧化锌纳米柱或纳米锥，ZnO种子层的厚度为10-20 nm，纳米柱或纳米锥的长度范围为200-1500nm，直径为20-200nm。

一种所述基于纳米氧化锌硅异质结电池的陷光结构的制备方法，利用湿法刻蚀制备金字塔形貌，采用溶液浸沾法制备种子层，用水热法进行氧化锌纳米柱或纳米锥的生长，得到了高效陷光作用的新型陷光结构，具体步骤如下：

1）将Si衬底分别用丙酮和酒精超声清洗5min，然后用80℃的浓度为10wt%的NaOH溶液对清洗过的硅片预清洗2min以去除硅片表面的机械损伤层，再将预清洗后的硅片放入腐蚀液中恒温80℃腐蚀40分钟，取出样品用去离子水冲洗2-3min，获得金字塔结构的绒度硅衬底；

2）配置浓度为5-30mM/L的100mL醋酸锌乙醇溶液作为种子液，将制绒后的Si衬底在种子液中浸沾2-10次，每次浸沾时间为20s，然后将浸沾好的衬底平行放入马弗炉中在温度为200-400℃下退火1h，即可将醋酸锌脱水结晶成氧化锌晶粒，即为氧化锌种子层； 

3）配置200mL的硝酸锌和六亚甲基四胺的混合液作为生长液，生长液中硝酸锌和六亚甲基四胺的浓度均为5-30mM/L，向生长液加入0.33-3.3mL的1-3丙二胺（DAP），将种子层正面向下悬浮在生长液中，并用保鲜膜将容器口密封，然后放入马弗炉中在85℃温度下生长1-6h，取出样品用去离子水和无水乙醇交替冲洗4-10次，生长出氧化锌纳米柱，最后用氮气吹干，即可制得基于纳米氧化锌硅异质结电池的陷光结构。