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CN102184975A - 一种能增加光电转换效率的薄膜太阳能电池及其制造方法 - Google Patents

一种能增加光电转换效率的薄膜太阳能电池及其制造方法 Download PDF

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CN102184975A CN2011100894119A CN201110089411A CN102184975A CN 102184975 A CN102184975 A CN 102184975A CN 2011100894119 A CN2011100894119 A CN 2011100894119A CN 201110089411 A CN201110089411 A CN 201110089411A CN 102184975 A CN102184975 A CN 102184975A
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solar cell
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film
thin
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CN2011100894119A
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梁萌
蒋玉龙
茹国平
屈新萍
李炳宗
张卫
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Fudan University
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Abstract

本发明属于太阳能电池技术领域，具体为一种能增加光电转换效率的薄膜太阳能电池及其制造方法。本发明的薄膜太阳能电池是在传统硅薄膜太阳能电池表面电极上加入周期性纳米尺寸金属铝圆柱体，引入局域表面等离激元共振效应，使吸收效率得到大幅提升，从而提高太阳能电池的光电转换效率。与传统硅薄膜太阳能电池相比，加入纳米铝圆柱体的硅薄膜太阳能电池具有转换效率高的优点，且工艺实现只需额外增加一次光刻。与常用于等离激元增强的贵金属银相比，使用金属铝可以在得到同样（稍高）吸收增强效果的同时大幅降低生产成本。

Description

一种能增加光电转换效率的薄膜太阳能电池及其制造方法
技术领域
本发明属于太阳能电池技术领域，具体涉及一种薄膜太阳能电池及其制造方法。
技术背景
随着煤炭、石油等传统燃料资源的频频告急，能源问题日益成为制约国际社会经济发展的瓶颈。取之不尽、用之不竭的太阳能，作为最重要的可再生能源，已受到广泛关注。越来越多的国家开始实行“阳光计划”，开发太阳能资源，寻求经济发展的新动力。
太阳能电池是一种由于光生伏特效应而将太阳光能直接转化为电能的器件，是一个半导体光电二极管，当太阳光照到光电二极管上时，光电二极管就会把太阳的光能变成电能，产生电流。太阳能电池是现阶段利用太阳能的主要方式之一。
硅薄膜太阳能电池在生产中主要面对两大问题：一是太阳能电池光电转换效率太低；二是其生产成本过高。解决这两个问题，需要寻找高性能的光电转换材料或结构和适合于规模生产的制造工艺技术。
发明内容
本发明的目的在于提出一种工艺简单、可有效增强薄膜太阳能电池光电转换效率的太阳能电池制造方法。
本发明提出的可以增加光电转换效率的薄膜太阳能电池，是对现有薄膜太阳能电池的改进，即在现有薄膜太阳能电池的顶电极表面加入纳米尺寸的金属铝圆柱体颗粒，引入局域表面等离激元共振效应，增强电池对太阳光的吸收率，从而提升太阳能电池的光电转换效率。
本发明还提供上述薄膜太阳能电池的制造方法，具体步骤如下：
1、使用制造传统薄膜太阳能电池所用的硅薄膜样品；其厚度一般为1--2um，已掺杂形成p-n结，已淀积背电极。
2、在n型硅一侧上表面淀积（如用物理气相淀积技术）氧化铟锡（ITO： Indium Tin Oxides），作为表面透明电极。其厚度为10-100nm。
3、在ITO表面淀积（如用物理气相淀积技术）铝薄膜。该铝薄膜厚度为10-500nm。
4、在铝薄膜上旋涂光刻胶，光刻胶用正胶。
5、利用正胶曝光、显影，在铝薄膜上形成圆柱状阵列的图形。该圆柱的半径为10-200nm，高度为10-500nm。
6、用反应离子刻蚀（RIE： Reactive Ion Etch）去除没有光刻胶覆盖的铝薄膜。
7、去除剩余光刻胶。在ITO薄膜表面形成圆柱形金属铝颗粒阵列。
本发明中，金属铝圆柱形颗粒高度为10-500nm，通过薄膜淀积后刻蚀形成，各圆柱体形状尺寸一致。
本发明中，金属铝圆柱形颗粒成周期性排列，直径与周期比（即圆柱形直径与相邻两圆柱形的中心距离之比）为20%-80%。
本发明提出的薄膜太阳能电池的光电转换效率有较大提高，而制造方法简单，成本较低。
附图说明
图1—图7为工艺流程的示意图（侧视图）。其中，图7为最后工艺步骤形成的器件侧视图。
图8为最后工艺步骤形成的器件俯视图。
图中标号：1为硅薄膜，2为ITO，3为金属铝，4为光刻胶。
具体实施方式
下面通过具体工艺步骤进一步描述本发明：
1、使用厚度约1um，已掺杂形成p-n结并淀积金属铝作为背电极的多晶硅薄膜样品。经标准RCA清洗工艺后，用浓度为2%的HF稀释溶液去除硅片表面的本征氧化层，如图1所示。
2、应用物理气相淀积技术在硅薄膜上大面积淀积20nm厚的氧化铟锡（ITO：Indium Tin Oxides），作为表面透明电极，如图2所示。
3、应用物理气相淀积技术在ITO表面淀积100nm厚铝薄膜，如图3所示。
4、在铝薄膜上旋涂光刻胶，光刻胶用正胶，如图4所示。
5、利用正胶曝光、显影，在铝薄膜上形成半径50nm圆柱状阵列的图形，如图5所示。
6、用反应离子刻蚀技术去除没有光刻胶覆盖的铝薄膜，露出ITO衬底，如图6所示。
7、使用丙酮去除剩余光刻胶，在ITO薄膜表面形成圆柱形金属铝颗粒阵列；至此工艺完成，如图7及图8所示。

Claims (4)

1.一种薄膜太阳能电池，其特征在于：在现有薄膜太阳能电池的顶电极表面加入有纳米尺寸的铝金属圆柱形颗粒阵列，通过引入局域表面等离激元共振效应，增强电池对太阳光的吸收率，从而提升太阳能电池的光电转换效率。
2.如权利要求1所述的薄膜太阳能电池的制造方法，其特征在于具体步骤为：
（1） 使用制造传统薄膜太阳能电池常用的非晶硅或微晶硅作为衬底，该衬底已掺杂形成p-n结，并已淀积背电极；
（2） 在n型硅一侧上表面淀积氧化铟锡薄膜，作为表面透明电极，其厚度为10-100nm；
（3）、在氧化铟锡薄膜表面淀积铝薄膜，其厚度为10-500nm；
（4）在铝薄膜上旋涂光刻胶，光刻胶用正胶；
（5）利用正胶曝光、显影，在铝薄膜上形成圆柱形阵列的图形，该圆柱的半径为10-200nm；
（6）、用反应离子刻蚀去除没有光刻胶覆盖的铝薄膜，露出氧化铟锡薄膜；
（7）去除剩余光刻胶，在氧化铟锡薄膜表面形成金属铝圆柱形颗粒阵列。
3.根据权利要求2所述的薄膜太阳能电池的制造方法，其特征在于所述金属铝圆柱形颗粒高度为10-500nm；各圆柱体形状尺寸一致。
4.根据权利要求2所述的薄膜太阳能电池的制造方法，其特征在于金属铝颗粒成周期性排列，直径与周期比为20%-80%。
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