一種防紫外線的薄膜太陽能電池的製備方法
2023-09-19 01:32:30 1
專利名稱：一種防紫外線的薄膜太陽能電池的製備方法
技術領域：
本發明屬於薄膜太陽能電池製備領域，特別涉及防止紫外線影響的薄膜太陽能電池的製備方法。。
背景技術：
隨著人類社會碳排放量日益增加和常規能源日漸枯竭，大力發展新能源和節能環保產業已成為世界各國實現社會可持續發展和邁向文明的必由之路。光伏產業是目前世界上發展最快的新能源產業之一，太陽能光伏發電由於不受能源資源、原材料和應用環境的限制，近年來得到了迅速的發展。我國光伏產業最近5年的年均增長速度達到40%以上。 2009年我國太陽能電池產量為9300MW，佔全球總產量的40%以上，已成為全球太陽能電池生產第一大國。同時在太陽能電池應用中，薄膜太陽能電池應用所佔比重越來越大。但是隨著環境的惡化，臭氧層的破壞加劇，強紫外線的輻照對薄膜太陽能電池壽命的影響不可低估。在太陽能電池的使用過程中紫外光線要麼直接被滲漏出去，要麼被電池吸收，但轉化成的卻是熱能而並非電能，這將直接影響電池的使用壽命，對矽基薄膜電池而言這種影響更為嚴重。產業界採用的一些防紫外線玻璃也存在一些問題，一是成本較高， 二是玻璃雖然隔斷了紫外線入射進入電池內部，但玻璃在紫外線的照射下同樣溫升較高， 熱量傳導進入電池後同樣會使電池溫度增加，造成電池一直在較高溫度下工作，直接影響電池的性能。非晶矽薄膜電池產業化應用中最大的問題就是在使用過程中由於光致衰退效應(S-W效應)造成電池效率衰退的問題，而電池使用過程中溫度的增加會加劇電池的效率衰減。美國科學家M. H. Nayfeh等通過研究表明一定尺寸大小的納米矽顆粒可以將紫外光線轉變為可見光，他們嘗試了在塊體矽電池組件上塗覆納米矽顆粒辦法來改善紫外線對電池的熱影響[M. Stupe, Μ. Alsalhi，Τ. Al Saud, et al. , Appl. Phys. Lett. 91(2007) 063107: 1_3]，其研究結果表明電池組件塗覆幾個納米直徑的矽顆粒後，電池在紫外光波段的轉換功率提高了 62%以上，在紅外光波段也提高了 10%。在薄膜電池中還未見任何類似報導，由於薄膜電池與塊體矽電池的製作工藝的差異，Nayfeh教授等開發的這種技術無法直接應用於薄膜電池工藝中。納米矽薄膜材料本身在矽基薄膜電池中已有廣泛應用[參見專利CN101369610A，CN101262024A, CN101866836A等等]，但這些應用都不是針對紫外線問題的，其製作工藝和薄膜設計有很大差別，無法有效防止紫外線對薄膜太陽能電池的不利影響。
發明內容
本發明克服上述不足問題，提供一種防紫外線的薄膜太陽能電池的製備方法，其採用PECVD原位等離子體刻蝕技術在襯底上製備一層納米矽薄膜層，工藝簡單易控，成本低廉，防紫外線的效果好。本發明為實現上述目的所採用的技術方案是一種納米矽防紫外線的薄膜太陽能電池的製備方法襯底材料為透明的材料，首先在透明襯底材料上通過等離子體增強化學氣相沉積法(PECVD)製備一層非晶矽薄膜；然後關閉SiH4氣源，原位進行H等離子體放電，利用H等離子體刻蝕非晶矽薄膜，製備一層納米矽薄膜層；此後在納米矽薄膜層上製備 Si3N4減反射層；最後按照常規薄膜電池製備工藝依次製備前電極、p-i-n單結或多結電池和背電極，進行常規電池封裝後即可得到防紫外線的納米矽薄膜太陽能電池。—種納米矽防紫外線的薄膜太陽能電池的製備方法襯底材料為不透明的材料， 首先在不透明襯底材料上按照常規薄膜電池製備工藝依次製備背電極、n-i-p單結或多結電池和前電極；然後通過等離子體增強化學氣相沉積法(PECVD)製備一層非晶矽薄膜；此後關閉SiH4氣源，原位進行H等離子體放電，利用H等離子體刻蝕非晶矽薄膜，製備一層納米矽薄膜層；最後進行常規電池封裝後即可得到防紫外線的納米矽薄膜太陽能電池。所述等離子體增強化學氣相沉積法(PECVD)製備一層非晶矽薄膜，具體工藝是 微波功率 550-650W，H2 流量 20-30 sccm，SiH4 流量 8-10 sccm，基片溫度 100-200°C "C, 沉積時間1-3分鐘。所述在納米矽薄膜層上製備Si3N4減反射層的具體工藝是利用微波等離子體技術製備，微波功率550-600W，N2流量25_3kccm，SiH4流量8-lOsccm，基片溫度200-300°C， 沉積時間30分鐘-2小時。所述透明襯底材料為玻璃或高聚物透明材料。所述不透明襯底材料為不鏽鋼或聚醯亞胺。所述非晶矽薄膜的厚度為5-lOnm。所述利用H等離子體刻蝕非晶矽薄膜的刻蝕時間為1-3分鐘。所述納米矽薄膜層的厚度為5-8nm。所述納米矽薄膜層中納米矽顆粒直徑為2-5nm。本發明採用PECVD原位等離子體刻蝕技術製備納米矽薄膜層，工藝簡單易控，成本較低，利用納米矽光致發光效應，將輻照到電池表面的紫外線轉換為可被電池吸收的光波，從而消除紫外線對電池的熱損傷，提高電池的使用壽命，同時還可拓展電池對太陽光紫外波段的利用，提高電池轉換效率。
附圖1為透明襯底材料的納米矽薄膜太陽能電池結構簡圖。附圖2為不透明襯底材料的納米矽薄膜太陽能電池結構簡圖。圖中，1、玻璃襯底，2、納米矽薄膜層，3、Si3N4減反射層，4、前電極，5,n-i-p單結或多結電池層，6、背電極，7、不透明襯底。
具體實施例方式下面結合具體實施例及附圖詳細說明本發明，但本發明並不局限於具體實施例。實施例1
一種防紫外線的薄膜太陽能電池的製備方法，選擇玻璃作為襯底材料，首先在玻璃襯底1材料上通過等離子體增強化學氣相沉積法(PECVD)(微波功率600W，H2流量20sCCm， SiH4流量Ssccm，基片溫度200°C，沉積時間2分鐘)製備一層12nm厚的非晶矽薄膜；然後關閉SiH4氣源，維持H等離子體放電，利用H等離子體原位刻蝕非晶矽薄膜1分鐘，製備一層納米矽顆粒直徑為2nm的厚度為8nm的納米矽薄膜層2 ；此後在納米矽薄膜層上利用微波等離子體技術製備Si3N4減反射層3 (微波功率550-600W，N2流量25-3kccm，SiH4流量 8-lOsccm，基片溫度200-300°C，沉積時間30分鐘-2小時)；最後按照常規薄膜電池製備工藝依次製備前電極4、p-i-n單結或多結電池5和背電極6，進行常規電池封裝後即可得到防紫外線的薄膜太陽能電池(如圖1所示)，經測試，此薄膜太陽能電池在紫外光波段的轉換效率提高了 60%，使用壽命提高30%。實施例2
一種防紫外線的薄膜太陽能電池的製備方法，選擇玻璃作為襯底材料，首先在玻璃襯底1材料上通過等離子體增強化學氣相沉積法(PECVD)(參數同實施例1，沉積90秒鐘)製備一層IOnm厚的非晶矽薄膜；然後關閉SiH4氣源，然後關閉SiH4氣源，維持H等離子體放電，利用H等離子體原位刻蝕非晶矽薄膜3分鐘，製備一層納米矽顆粒直徑為5nm的厚度為 5nm的納米矽薄膜層2 ；此後在納米矽薄膜層上製備Si3N4減反射層3 ；最後按照常規薄膜電池製備工藝依次製備前電極4、p-i-n單結或多結電池5和背電極6，進行常規電池封裝後即可得到防紫外線的薄膜太陽能電池，經測試，此薄膜太陽能電池(如圖1)在紫外線波段的轉換效率提高了 63%，使用壽命提高40%。實施例3
一種防紫外線的薄膜太陽能電池的製備方法，選擇不鏽鋼作為不透明襯底7，首先在不鏽鋼材料上按照常規薄膜電池製備工藝依次製備背電極6、n-i-p單結或多結電池5和前電極4 ；然後通過等離子體增強化學氣相沉積法(PECVD)(參數同實施例1，沉積90秒鐘)製備一層IOnm厚的非晶矽薄膜；然後關閉SiH4氣源，維持H等離子體放電，利用H等離子體原位刻蝕非晶矽薄膜1分鐘，製備一層納米矽顆粒直徑為2nm的厚度為6nm的納米矽薄膜層2 ；最後進行常規電池封裝後即可得到防紫外線的薄膜太陽能電池(如圖2)，經測試，此薄膜太陽能電池在紫外光波段的轉換效率提高了 61%，使用壽命提高32%。實施例4
一種防紫外線的薄膜太陽能電池的製備方法，選擇聚醯亞胺作為不透明襯底7，首先在不鏽鋼材料上按照常規薄膜電池製備工藝依次製備背電極6、n-i-p單結或多結電池5和前電極4 ；然後通過等離子體增強化學氣相沉積法(PECVD)(參數同實施例1，沉積70秒鐘) 製備一層8nm厚的非晶矽薄膜；然後關閉SiH4氣源，維持H等離子體放電，利用H等離子體原位刻蝕非晶矽薄膜90秒鐘，製備一層納米矽顆粒直徑為3nm的厚度為6nm的納米矽薄膜層2 ；最後進行常規電池封裝後即可得到防紫外線的薄膜太陽能電池(如圖2)，經測試，此薄膜太陽能電池在紫外光波段的轉換效率提高了 65%，使用壽命提高37%。
權利要求
1.一種納米矽防紫外線的薄膜太陽能電池的製備方法，其特徵是襯底材料為透明的材料，首先在透明襯底材料上通過等離子體增強化學氣相沉積法(PECVD)製備一層非晶矽薄膜；然後關閉SiH4氣源，原位進行H等離子體放電，利用H等離子體刻蝕非晶矽薄膜，製備一層納米矽薄膜層；此後在納米矽薄膜層上製備Si3N4減反射層；最後按照常規薄膜電池製備工藝依次製備前電極、p-i-n單結或多結電池和背電極，進行常規電池封裝後即可得到防紫外線的納米矽薄膜太陽能電池。
2.—種納米矽防紫外線的薄膜太陽能電池的製備方法，其特徵是襯底材料為不透明的材料，首先在不透明襯底材料上按照常規薄膜電池製備工藝依次製備背電極、n-i-p單結或多結電池和前電極；然後通過等離子體增強化學氣相沉積法(PECVD)製備一層非晶矽薄膜；此後關閉3讓4氣源，原位進行H等離子體放電，利用H等離子體刻蝕非晶矽薄膜，製備一層納米矽薄膜層；最後進行常規電池封裝後即可得到防紫外線的納米矽薄膜太陽能電池。
3.根據權利要求1所述的一種納米矽防紫外線的薄膜太陽能電池的製備方法，其特徵是所述透明襯底材料為玻璃或高聚物透明材料。
4.根據權利要求2所述的一種納米矽防紫外線的薄膜太陽能電池的製備方法，其特徵是所述不透明襯底材料為不鏽鋼或聚醯亞胺。
5.根據權利要求1一 4任一所述的一種納米矽防紫外線的薄膜太陽能電池的製備方法，其特徵是所述等離子體增強化學氣相沉積法(PECVD)製備一層非晶矽薄膜，具體工藝是微波功率 550-650W，H2 流量 20-30 sccm，SiH4 流量 8-10 sccm，基片溫度 100-200°C °C，沉積時間1-3分鐘。
6.根據權利要求1或3所述的一種納米矽防紫外線的薄膜太陽能電池的製備方法，其特徵是所述在納米矽薄膜層上製備Si3N4減反射層的具體工藝是利用微波等離子體技術製備，微波功率550-600W，N2流量25_3kccm，SiH4流量8-lOsccm，基片溫度200-300°C，沉積時間30分鐘-2小時。
7.根據權利要求1一 4任一所述的一種納米矽防紫外線的薄膜太陽能電池的製備方法，其特徵是所述非晶矽薄膜的厚度為5-lOnm。
8.根據權利要求1一 4任一所述的一種納米矽防紫外線的薄膜太陽能電池的製備方法，其特徵是所述利用H等離子體刻蝕非晶矽薄膜的刻蝕時間為1-3分鐘。
9.根據權利要求1一 4任一所述的一種納米矽防紫外線的薄膜太陽能電池的製備方法，其特徵是所述納米矽薄膜層的厚度為5-8nm。
10.根據權利要求1一 4任一所述的一種納米矽防紫外線的薄膜太陽能電池的製備方法，其特徵是所述納米矽薄膜層中納米矽顆粒直徑為2-5nm。
全文摘要
本發明屬於薄膜太陽能電池製備工藝的技術領域。一種納米矽防紫外線的薄膜太陽能電池的製備方法，對於透明材料直接沉積非晶矽薄膜，後進行等離子體刻蝕技術製備納米矽，而對於不透明材料先按照常規薄膜電池製備工藝製備各層，後沉積非晶矽薄膜，再進行等離子體刻蝕技術製備納米矽，最後製備出防紫外線的薄膜太陽能電池，此方法工藝簡單易控，成本較低，利用納米矽光致發光效應，將輻照到電池表面的紫外線轉換為可被電池吸收的光波，從而消除紫外線對電池的熱損傷，提高電池的使用壽命，同時還可拓展電池對太陽光紫外波段的利用，提高電池轉換效率。
文檔編號H01L31/0216GK102496652SQ20111042221
公開日2012年6月13日 申請日期2011年12月16日 優先權日2011年12月16日
發明者吳愛民, 李佳豔, 林國強, 譚毅 申請人:大連理工大學, 大連理工常州研究院有限公司