[发明专利]一种高反射高绒度复合结构背电极及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及硅基薄膜太阳电池及其制备，特别是一种高反射高绒度复合结构背电极及其制备方法。

背景技术

硅薄膜太阳电池，特别是以非晶硅为基础的两结叠层电池或多结太阳电池，因在降低成本实现大面积生产上具有很大的空间而备受光伏产业界的青睐。

按照光入射方向，可以将硅基薄膜太阳电池分为顶置和底置两种结构，前者是指光从透明衬底入射则采用PIN结构，后者衬底只作为依托则采用NIP结构。PIN型太阳电池必须沉积在透明的衬底上，对衬底的要求高，目前常采用高透过的专用玻璃为衬底。而NIP型太阳电池对衬底透光性没有要求，因而有更宽的选择范围，例如不锈钢箔、聚酰亚胺、PET薄膜和玻璃等均可以用作衬底。特别是以不锈钢箔、聚酰亚胺或PET薄膜等柔性衬底上的NIP型电池具有重量轻、可卷曲，携带方便的特点，且便于采用卷到卷连续沉积工艺制备，可连续化大面积生产，利于实现低成本。在实际的应用中易与建筑一体化，在民用与军用中都有良好的前景。

在太阳电池，特别是薄膜太阳电池中，陷光结构对于增强太阳电池的光吸收，提高其性能具有非常重要的作用，特别是对于超薄型薄膜电池，陷光技术更是不可或缺。对于PIN型硅薄膜太阳电池，其陷光结构包含两个绒面透明导电前电极以及复合背反射电极两部分。前电极常采用金属氧化物透明导电膜（TCO），例如掺铝氧化锌（ZnO:Al）或掺氟的二氧化锡（SnO₂:F）薄膜，以促进光的散射增加有效光程；而复合背电极常用Ag/ZnO或Al/ZnO复合背电极的反射提高光的再次利用率；在NIP型硅薄膜太阳电池中，多采用铟锡氧化物（ITO）前电极，很难形成绒面结构，因此只有背电极的陷光作用极为重要。对于背反射电极，不仅要求其具有较好的导电性和反射特性，还要有较好的绒面结构，以提高散射反射光的比例，从而增加光的在太阳电池中的有效光程，进而提高太阳电池转换效率。

用于硅基薄膜NIP太阳电池的背电极通常有金属薄膜和透明导电薄膜组成，比如Al/ZnO、Ag/ZnO等。由于金属背电极的表面形貌、反射率等性能直接影响后续的ZnO的性能，从而影响整个复合背电极的性能，所以在此结构中，金属背电极的性能至关重要。由于金属Ag具有良好的导电性和对太阳光宽谱域的高反射特性，很好的符合硅基薄膜电池电极的要求，但是Ag—般较难以形成大的绒面结构，且Ag的价格相对比较昂贵。同时，由于Ag的质地较软，不利于器件的性能稳定；而金属Al对太阳光的反射率相对Ag较低，但是Al容易形成大的绒面结构，且价格相对Ag便宜很多。因此，可以利用Al薄膜的大绒面结构和Ag薄膜对太阳光宽谱域的高反射，制备得到Al/Ag/ZnO复合背电极。但是直接在Al薄膜上继续制备Ag薄膜过程中，两者很容易发生合金化，反射率反而更低。

发明内容

本发明目的是克服现有技术的上述不足，提供一种高反射高绒度复合结构背电极及其制备方法，该背电极采用Al/ZnO/Ag/ZnO复合结构，能够增大太阳光在太阳电池中的有效光程，提高光的利用效率，提高太阳电池的转换效率。

本发明的技术方案:

一种高反射高绒度复合结构背电极，采用Al/ZnO/Ag/ZnO复合结构，由衬底、Al薄膜、阻挡层薄膜、Ag薄膜和介质层薄膜组成并形成叠层结构，Al薄膜具有对长波光陷光作用显著的大绒面结构，其表面颗粒直径为100-2000nm、表面均方根粗糙度为50-200nm、厚度为300-2000nm；阻挡层薄膜具有防止形成银铝合金的作用，厚度为2-100nm；金属Ag薄膜具有对太阳光具有宽谱域高反射特性，其表面颗粒尺寸为10-200nm、表面均方根粗糙度为10-40nm、厚度为50-500nm；介质层薄膜的厚度为100-2000nm。

所述衬底为不锈钢、聚酰亚胺、PET柔性衬底或钢性衬底玻璃。

所述阻挡层薄膜材料包括MgF、Al₂O₃、不掺杂ZnO和掺杂ZnO薄膜材料，掺杂ZnO的薄膜材料包括任意比例的ZnO:B、ZnO:Al或ZnO:Ga。

所述介质层薄膜材料包括不掺杂的ZnO和掺杂ZnO薄膜材料，掺杂ZnO的薄膜材料为ZnO:B、ZnO:Al或ZnO:Ga，掺杂量小于3wt%。