一種周期性結(jié)構(gòu)的背反射電極及其制備方法
【專利摘要】一種周期性結(jié)構(gòu)的背反射電極，包括襯底層、形成模板作用的第一層金屬薄膜和起修飾作用的第二層金屬薄膜，兩層金屬薄膜均為金屬Ag、Al或Mo薄膜，構(gòu)成具有寬光譜散射作用的周期性結(jié)構(gòu)的背反射電極；其制備方法，利用水浴方法組裝聚苯乙烯（PS）微球，用O2等離子刻蝕PS微球，利用刻蝕后的聚苯乙烯微球的模板作用，得到具有寬光譜散射作用的周期性結(jié)構(gòu)的背反射電極用于作薄膜太陽電池的背反射電極。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：利用聚苯乙烯微球的模板作用和磁控濺射或蒸發(fā)金屬薄膜，實(shí)現(xiàn)了高散射的周期性結(jié)構(gòu)背反射電極的制備；應(yīng)用于薄膜太陽電池，其短路電流密度和轉(zhuǎn)換效率得到了提高。
【專利說明】一種周期性結(jié)構(gòu)的背反射電極及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于薄膜太陽電池的高散射背電極的制備技術(shù)，尤其是一種周期性結(jié)構(gòu)的背反射電極及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]光伏作為未來能源主力，必須大幅提高效率、降低成本才能得以生存。銀背反射電極作為太陽電池的重要組成部分，其絨度特性對電池的性能影響至關(guān)重要。當(dāng)前薄膜電池中應(yīng)用最為廣泛的金屬背反射電極是基于絨度的金屬鋁結(jié)合銀來構(gòu)建的隨機(jī)絨面的背反射電極，這種方法生長的金屬背電極粗糙度不是很大，導(dǎo)致這種襯底的散射效果不是很好。研究表明:對于NIP型的Si基薄膜太陽電池(非晶硅電池、微晶硅電池以及硅基多結(jié)薄膜疊層電池)來說，背反射電極的陷光作用對器件性能的影響尤為重要。絨度的金屬背反射電極結(jié)構(gòu)可以有效的將光反射回電池，增加反射回電池光的光程，從而有效增強(qiáng)本征層的光學(xué)吸收，提高短路電流密度，進(jìn)而提高電池效率，更為重要的是，陷光的引入，可以減薄電池的有源層厚度，這對降低成本是非常重要的。
[0003]相比于隨機(jī)絨面的金屬背反射電極，周期性結(jié)構(gòu)的背反射電極由于其具有高的散射特性而引起關(guān)注。目前周期性結(jié)構(gòu)的背反射電極的制備方法主要是陽極氧化鋁(ΑΑ0)，由于在陽極氧化過程中電壓大于500V時(shí)會(huì)有大量的熱量產(chǎn)生和陽極氧化的不穩(wěn)定性，其周期性不能很好的控制，而且很難制作大尺寸的‘酒窩’狀。AAO方法制備的背反射電極雖然增加了對短波長光的散射，電池的短波響應(yīng)得到了提高，起到了對短波長光的陷光效果，但是長波長光的陷光由于其‘酒窩’狀尺寸受限，導(dǎo)致電池對長波長光的利用率不高。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明目的是為克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提供一種有利于提高薄膜太陽電池性能的具有高散射比例的周期性結(jié)構(gòu)的背反射電極，該周期性結(jié)構(gòu)的背反射電極能夠?qū)崿F(xiàn)良好的陷光效果，使電池吸收層未被吸收的光能夠更多的再散射回電池，增加光在電池中的光程，以達(dá)到提高光利用率，增強(qiáng)電池的短路電流密度，進(jìn)而達(dá)到提高電池效率的目的，而且最為重要的是通過控制制備工藝可增加400-1500nm波長范圍的散射比率，使電池對光的利用率得到大大提高。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案:
一種周期性結(jié)構(gòu)的背反射電極，包括襯底層、形成模板作用的第一層金屬薄膜和起修飾作用的第二層金屬薄膜，襯底層為硬質(zhì)襯底玻璃，兩層金屬薄膜均為金屬Ag、Al或Mo薄膜，其中第一層薄膜厚度為300-1000nm，第二層金屬薄膜的厚度為100_500nm，構(gòu)成具有寬光譜散射作用的周期性結(jié)構(gòu)的背反射電極，周期性結(jié)構(gòu)的背反射電極均方根粗糙度為50-200 nm。
[0006]一種所述周期性結(jié)構(gòu)的背反射電極的制備方法，利用水浴方法組裝聚苯乙烯(PS)微球，用O2等離子刻蝕PS微球，利用刻蝕后的聚苯乙烯微球的模板作用，得到具有寬光譜散射作用的周期性結(jié)構(gòu)的背反射電極，步驟如下:
1)將玻璃襯底浸泡在H2SO4與H2O2的體積比為2:1的混合溶液里進(jìn)行親水處理，處理時(shí)間為2-10小時(shí)；
2)把上述玻璃襯底放在水平臺上，將粒徑為1-5μ m、濃度為5wt%的聚苯乙烯微球乳膠溶液垂直滴在玻璃襯底上，溶液慢慢擴(kuò)散開使乙烯微球不均勻散布于玻璃襯底上，然后把玻璃襯底放在水蒸氣上進(jìn)行自組裝，經(jīng)過30min的水浴，玻璃襯底上的形成單層六方密排的聚苯乙烯微球；
3)將上述單層六方密排的聚苯乙烯微球，進(jìn)行O2等離子刻蝕(RIE)，刻蝕后相對應(yīng)乙烯微球的大小為0.5-4 μ m ；
4)在刻蝕后的乙烯微球上采用磁控濺射方法或蒸發(fā)的方法沉積第一層厚度為300-1000nm的金屬薄膜，然后將玻璃襯底放在水里進(jìn)行超聲處理直至乙烯小球完全處理干凈;
5)采用磁控濺射或蒸發(fā)的方法再沉積第二層厚度為100-500nm的金屬薄膜，即可制得具有周期性結(jié)構(gòu)的背反射電極。
[0007]—種所述周期性結(jié)構(gòu)的背反射電極的應(yīng)用，用于作薄膜太陽電池的背反射電極，所述薄膜太陽電池為非晶硅基、微晶硅基、納米硅基薄膜太陽電池、多結(jié)疊層硅基薄膜太陽電池、銅銦鎵硒太陽電池或銅鋅錫硫太陽電池。
[0008]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果:
本發(fā)明利用聚苯乙烯微球的模板作用和磁控濺射或蒸發(fā)金屬薄膜，實(shí)現(xiàn)了高散射的周期性結(jié)構(gòu)背反射電極的制備；將本周期性結(jié)構(gòu)的背電極應(yīng)用于薄膜太陽電池，較傳統(tǒng)的絨度金屬Ag薄膜作為背反射電極制備的相同條件的電池短路電流密度提高了 9.4%，轉(zhuǎn)換效率提高了 18.4%，對300-1500nm電池所能利用的波長范圍內(nèi)具有良好散射作用。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0009]圖1為該周期性結(jié)構(gòu)的背反射電極的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0010]圖2為采用傳統(tǒng)濺射法制備的有一定粗糙度的Ag薄膜的背反射電極的形貌圖。
[0011]圖3為采用PS小球?yàn)槟０逯苽涞闹芷谛越Y(jié)構(gòu)的背反射電極的形貌圖。
[0012]圖4為采用PS小球?yàn)槟０逯苽涞闹芷谛越Y(jié)構(gòu)的背反射電極與采用傳統(tǒng)濺射法制備的有一定粗糙度的Ag薄膜的背反射電極的積分反射和絨度比較結(jié)果。
[0013]圖5為采用PS小球?yàn)槟０逯苽涞闹芷谛越Y(jié)構(gòu)的背反射電極與采用傳統(tǒng)濺射法制備的有一定粗糙度的Ag薄膜的背反射電極應(yīng)用于微晶硅基太陽電池的外量子效率比較結(jié)果O
[0014]圖6為采用PS小球?yàn)槟０逯苽涞闹芷谛越Y(jié)構(gòu)的背反射電極與采用傳統(tǒng)濺射法制備的有一定粗糙度的Ag薄膜的背反射電極應(yīng)用于微晶硅基太陽電池的電池效率比較結(jié)果O
【具體實(shí)施方式】
[0015]實(shí)施例1:
一種周期性結(jié)構(gòu)的背反射電極，如圖1所示，包括襯底層、形成模板作用的第一層Ag薄膜和起修飾作用的第二層Ag薄膜，襯底層為硬質(zhì)襯底玻璃，兩層金屬薄膜均為金屬Ag薄膜，其中第一層Ag薄膜厚度為600nm，第二層Ag薄膜的厚度為300nm，構(gòu)成具有寬光譜散射作用的周期性結(jié)構(gòu)的背反射電極，周期性結(jié)構(gòu)的背反射電極均方根粗糙度為180nm。
[0016]一種所述周期性結(jié)構(gòu)的背反射電極的制備方法，利用水浴方法組裝聚苯乙烯(PS)微球，用O2等離子刻蝕PS微球，利用刻蝕后的聚苯乙烯微球的模板作用，得到具有寬光譜散射作用的周期性結(jié)構(gòu)的背反射電極，步驟如下:
1)將玻璃襯底浸泡在H2SO4與H2O2的體積比為2:1的混合溶液里進(jìn)行親水處理，處理時(shí)間為5小時(shí)；
2)把上述玻璃襯底放在水平臺上，將粒徑為2μ m、濃度為5wt%的聚苯乙烯微球乳膠溶液垂直滴在玻璃襯底上，溶液慢慢擴(kuò)散開使乙烯微球不均勻散布于玻璃襯底上，然后把玻璃襯底放在水蒸氣上進(jìn)行自組裝，經(jīng)過30min的水浴，玻璃襯底上形成單層六方密排的粒徑2 μ m的聚苯乙烯微球；
3 )將上述單層六方密排的聚苯乙烯微球，進(jìn)行O2等離子刻蝕(RIE )，氧氣流量10 Sccm，氣壓llpa，射頻功率150W，刻蝕時(shí)間為6分鐘，相對應(yīng)乙烯微球的大小為1.8 μ m ;
4)在刻蝕后的乙烯微球上采用磁控濺射的方法沉積第一層厚度Ag薄膜，靶材為純度99.999%的Ag金屬靶，采用純氬氣濺射，制備致密的Ag薄膜:襯底溫度為室溫，本底真空為5X10_5 Pa，氬氣流量為40 sccm，濺射氣壓為4mTorr，電極間距為110 mm，濺射功率為50W，濺射時(shí)間為28 min，得到厚度為600 nm的第一層Ag薄膜，然后將玻璃襯底放在水里進(jìn)行超聲處理直至乙烯小球完全處理干凈；
5)采用磁控濺射或蒸發(fā)的方法再沉積第二層Ag薄膜，襯底溫度為室溫，本底真空為5X10_5 Pa，氬氣流量為40 sccm，濺射氣壓為4mTorr，電極間距為110 mm，濺射功率為50W，濺射時(shí)間為14 min，得到厚度為300 nm的第二層Ag薄膜，即可制得具有周期性結(jié)構(gòu)的背反射電極。
[0017]圖2為采用傳統(tǒng)濺射法制備的有一定粗糙度的Ag薄膜的背反射電極的形貌圖。圖3為采用PS小球?yàn)槟０逯苽涞闹芷谛越Y(jié)構(gòu)的背反射電極的形貌圖。從形貌圖比較顯示:當(dāng)采用本發(fā)明的周期性結(jié)構(gòu)的背反射電極時(shí)，能夠得到較大的絨面粗糙度，且周期性結(jié)構(gòu)很明顯，均方根粗糙度為180nm,遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)84 nm。
[0018]圖4為采用PS小球?yàn)槟０逯苽涞闹芷谛越Y(jié)構(gòu)的背反射電極與采用傳統(tǒng)濺射法制備的有一定粗糙度的Ag薄膜的背反射電極的積分反射和絨度比較結(jié)果。圖中表明:周期性背反射電極的積分反射和絨度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的有一定粗糙度的金屬背反射電極。
[0019]將制備的周期性結(jié)構(gòu)的背反射電極應(yīng)用于微晶硅基太陽電池。
[0020]圖5為本發(fā)明采用PS小球?yàn)槟０逯苽涞闹芷谛越Y(jié)構(gòu)的背反射電極與傳統(tǒng)的采用濺射法制備得到的有一定粗糙度的Ag薄膜的背反射電極應(yīng)用于微晶硅基太陽電池的外量子效率比較結(jié)果。圖中表明:周期性結(jié)構(gòu)背反射電極對入射光的短波和長波同時(shí)起到了陷光的效果，使得微晶硅基太陽電池具有較大的短路電流密度，短路電流密度提高了 9.4%。
[0021]圖6為本發(fā)明采用PS小球?yàn)槟０逯苽涞闹芷谛越Y(jié)構(gòu)的背反射電極與傳統(tǒng)的采用濺射法制備得到的有一定粗糙度的Ag薄膜的背反射電極應(yīng)用于微晶硅基太陽電池的電池效率比較結(jié)果。圖中表明:將周期性結(jié)構(gòu)背反射電極應(yīng)用于微晶硅基電池可獲得較高的電池效率，轉(zhuǎn)換效率提高了 18.4%。[0022]實(shí)施例2:
一種周期性結(jié)構(gòu)的背反射電極，如圖1所示，包括襯底層、形成模板作用的第一層Al薄膜和起修飾作用的第二層Ag薄膜，襯底層為硬質(zhì)襯底玻璃，其中第一層Al薄膜厚度為500nm，第二層Ag薄膜的厚度為300nm，構(gòu)成具有寬光譜散射作用的周期性結(jié)構(gòu)的背反射電極，周期性結(jié)構(gòu)的背反射電極均方根粗糙度為120nm。
[0023]一種所述周期性結(jié)構(gòu)的背反射電極的制備方法，利用水浴方法組裝聚苯乙烯(PS)微球，用O2等離子刻蝕PS微球，利用刻蝕后的聚苯乙烯微球的模板作用，得到具有寬光譜散射作用的周期性結(jié)構(gòu)的背反射電極，步驟如下:
1)將玻璃襯底浸泡在H2SO4與H2O2的體積比為2:1的混合溶液里進(jìn)行親水處理，處理時(shí)間為6小時(shí)；
2)把上述玻璃襯底放在水平臺上，將粒徑為2μ m、濃度為5wt%的聚苯乙烯微球乳膠溶液垂直滴在玻璃襯底上，溶液慢慢擴(kuò)散開使乙烯微球不均勻散布于玻璃襯底上，然后把玻璃襯底放在水蒸氣上進(jìn)行自組裝，經(jīng)過30min的水浴，玻璃襯底上形成單層六方密排的粒徑2 μ m的聚苯乙烯微球；
3 )將上述單層六方密排的聚苯乙烯微球，進(jìn)行O2等離子刻蝕(RIE )，氧氣流量10 Sccm，氣壓llpa，射頻功率150W，刻蝕時(shí)間為9分鐘，相對應(yīng)乙烯微球的大小為1.5 μ m ;
4)在刻蝕后的乙烯微球上采用磁控濺射的方法沉積第一層厚度Al薄膜，靶材為純度99.999%的Al金屬靶，采用純氬氣濺射，制備致密的Al薄膜:襯底溫度為室溫，本底真空為5X10_5 Pa，氬氣流量為40 sccm，濺射氣壓為4mTorr，電極間距為110 mm，濺射功率為50W，濺射時(shí)間為23 min,得到厚度為500 nm的第一層Al薄膜，然后將玻璃襯底放在水里進(jìn)行超聲處理直至乙烯小球完全處理干凈；
5)采用磁控濺射或蒸發(fā)的方法再沉積第二層Ag薄膜，靶材為純度99.999%的Ag金屬靶，采用純氬氣濺射，制備致密的Ag薄膜:襯底溫度為室溫，本底真空為5X10_5 Pa，氬氣流量為40 sccm，濺射氣壓為4mTorr，電極間距為110 mm，濺射功率為50 W，濺射時(shí)間為14min，得到厚度為300 nm的第二層Ag薄膜，即可制得具有周期性結(jié)構(gòu)的背反射電極。
[0024]采用本發(fā)明的周期性結(jié)構(gòu)的背反射電極的技術(shù)效果與實(shí)施例1類同；周期性結(jié)構(gòu)的背反射電極應(yīng)用于微晶硅基太陽電池的技術(shù)效果與實(shí)施例1類同。
[0025]實(shí)施例3:
一種周期性結(jié)構(gòu)的背反射電極，如圖1所示，包括襯底層、形成模板作用的第一層Ag薄膜和起修飾作用的第二層Ag薄膜，襯底層為硬質(zhì)襯底玻璃，兩層金屬薄膜均為金屬Ag薄膜，其中第一層Ag薄膜厚度為400nm，第二層Ag薄膜的厚度為300nm，構(gòu)成具有寬光譜散射作用的周期性結(jié)構(gòu)的背反射電極，周期性結(jié)構(gòu)的背反射電極均方根粗糙度為85nm。
[0026]一種所述周期性結(jié)構(gòu)的背反射電極的制備方法，利用水浴方法組裝聚苯乙烯(PS)微球，用O2等離子刻蝕PS微球，利用刻蝕后的聚苯乙烯微球的模板作用，得到具有寬光譜散射作用的周期性結(jié)構(gòu)的背反射電極，步驟如下:
1)將玻璃襯底浸泡在H2SO4與H2O2的體積比為2:1的混合溶液里進(jìn)行親水處理，處理時(shí)間為5小時(shí)；
2)把上述玻璃襯底放在水平臺上，將粒徑為2μ m、濃度為5wt%的聚苯乙烯微球乳膠溶液垂直滴在玻璃襯底上，溶液慢慢擴(kuò)散開使乙烯微球不均勻散布于玻璃襯底上，然后把玻璃襯底放在水蒸氣上進(jìn)行自組裝，經(jīng)過30min的水浴，玻璃襯底上形成單層六方密排的粒徑2 μ m的聚苯乙烯微球；
3 )將上述單層六方密排的聚苯乙烯微球，進(jìn)行O2等離子刻蝕(RIE )，氧氣流量10 Sccm，氣壓llpa，射頻功率150W，刻蝕時(shí)間為6分鐘，相對應(yīng)乙烯微球的大小為1.8 μ m ;
4)在刻蝕后的乙烯微球上采用磁控濺射的方法沉積第一層厚度Ag薄膜，靶材為純度99.999%的Ag金屬靶，采用純氬氣濺射，制備致密的Ag薄膜:襯底溫度為室溫，本底真空為5X10_5 Pa，氬氣流量為40 sccm，濺射氣壓為4mTorr，電極間距為110 mm，濺射功率為50W，濺射時(shí)間為19 min，得到厚度為400 nm的第一層Ag薄膜，然后將玻璃襯底放在水里進(jìn)行超聲處理直至乙烯小球完全處理干凈；
5)采用磁控濺射或蒸發(fā)的方法再沉積第二層Ag薄膜，襯底溫度為室溫，本底真空為5X10—5 Pa，氬氣流量為40 sccm，濺射氣壓為4mTorr，電極間距為110 mm，濺射功率為50W，濺射時(shí)間為14 min，得到厚度為300nm的第二層Ag薄膜，即可制得具有周期性結(jié)構(gòu)的背反射電極。
[0027]采用本發(fā)明的周期性結(jié)構(gòu)的背反射電極的技術(shù)效果與實(shí)施例1類同；周期性結(jié)構(gòu)的背反射電極應(yīng)用于微晶硅基太陽電池的技術(shù)效果與實(shí)施例1類同。
[0028]實(shí)施例4:
一種周期性結(jié)構(gòu)的背反射電極，如圖1所示，包括襯底層、形成模板作用的第一層Ag薄膜和起修飾作用的第二層Ag薄膜，襯底層為硬質(zhì)襯底玻璃，兩層金屬薄膜均為金屬Ag薄膜，其中第一層Ag薄膜厚度為500nm，第二層Ag薄膜的厚度為300nm，構(gòu)成具有寬光譜散射作用的周期性結(jié)構(gòu)的背反射電極，周期性結(jié)構(gòu)的背反射電極均方根粗糙度為170nm。
[0029]一種所述周期性結(jié)構(gòu)的背反射電極的制備方法，利用水浴方法組裝聚苯乙烯(PS)微球，用O2等離子刻蝕PS微球，利用刻蝕后的聚苯乙烯微球的模板作用，得到具有寬光譜散射作用的周期性結(jié)構(gòu)的背反射電極，步驟如下:
1)將玻璃襯底浸泡在H2SO4與H2O2的體積比為2:1的混合溶液里進(jìn)行親水處理，處理時(shí)間為8小時(shí)；
2)把上述玻璃襯底放在水平臺上，將粒徑為4μ m、濃度為5wt%的聚苯乙烯微球乳膠溶液垂直滴在玻璃襯底上，溶液慢慢擴(kuò)散開使乙烯微球不均勻散布于玻璃襯底上，然后把玻璃襯底放在水蒸氣上進(jìn)行自組裝，經(jīng)過30min的水浴，玻璃襯底上形成單層六方密排的粒徑4 μ m的聚苯乙烯微球；
3 )將上述單層六方密排的聚苯乙烯微球，進(jìn)行O2等離子刻蝕(RIE )，氧氣流量10 Sccm，氣壓llpa，射頻功率150W，刻蝕時(shí)間為15分鐘，相對應(yīng)乙烯微球的大小為3.0 μ m ;
4)在刻蝕后的乙烯微球上采用磁控濺射的方法沉積第一層厚度Ag薄膜，靶材為純度99.999%的Ag金屬靶，采用純氬氣濺射，制備致密的Ag薄膜:襯底溫度為室溫，本底真空為5X10_5 Pa，氬氣流量為40 sccm，濺射氣壓為4mTorr，電極間距為110 mm，濺射功率為50W，濺射時(shí)間為23 min，得到厚度為500 nm的第一層Ag薄膜，然后將玻璃襯底放在水里進(jìn)行超聲處理直至乙烯小球完全處理干凈；
5)采用磁控濺射或蒸發(fā)的方法再沉積第二層Ag薄膜，襯底溫度為室溫，本底真空為5X10_5 Pa，氬氣流量為40 sccm，濺射氣壓為4mTorr，電極間距為110 mm，濺射功率為50W，濺射時(shí)間為14 min，得到厚度為300nm的第二層Ag薄膜，即可制得具有周期性結(jié)構(gòu)的背反射電極。
[0030]采用本發(fā)明的周期性結(jié)構(gòu)的背反射電極的技術(shù)效果與實(shí)施例1類同；周期性結(jié)構(gòu)的背反射電極應(yīng)用于微晶硅基太陽電池的技術(shù)效果與實(shí)施例1類同。
[0031]實(shí)施例5:
一種周期性結(jié)構(gòu)的背反射電極，如圖1所示，包括襯底層、形成模板作用的第一層Mo金屬薄膜和起修飾作用的第二層Mo金屬薄膜，襯底層為硬質(zhì)襯底玻璃，兩層金屬薄膜均為金屬M(fèi)o薄膜，其中第一層Mo薄膜厚度為600nm，第二層Mo薄膜的厚度為300nm，構(gòu)成具有寬光譜散射作用的周期性結(jié)構(gòu)的背反射電極，周期性結(jié)構(gòu)的背反射電極均方根粗糙度為160nm。
[0032]一種所述周期性結(jié)構(gòu)的背反射電極的制備方法，利用水浴方法組裝聚苯乙烯(PS)微球，用O2等離子刻蝕PS微球，利用刻蝕后的聚苯乙烯微球的模板作用，得到具有寬光譜散射作用的周期性結(jié)構(gòu)的背反射電極，步驟如下:
1)將玻璃襯底浸泡在H2SO4與H2O2的體積比為2:1的混合溶液里進(jìn)行親水處理，處理時(shí)間為7小時(shí)；
2)把上述玻璃襯底放在水平臺上，將粒徑為3μ m、濃度為5wt%的聚苯乙烯微球乳膠溶液垂直滴在玻璃襯底上，溶液慢慢擴(kuò)散開使乙烯微球不均勻散布于玻璃襯底上，然后把玻璃襯底放在水蒸氣上進(jìn)行自組裝，經(jīng)過30min的水浴，玻璃襯底上形成單層六方密排的粒徑3 μ m的聚苯乙烯微球；
3 )將上述單層六方密排的聚苯乙烯微球，進(jìn)行O2等離子刻蝕(RIE )，氧氣流量10 Sccm，氣壓llpa，射頻功率150W，刻蝕時(shí)間為10分鐘，相對應(yīng)乙烯微球的大小為2.4 μ m ;
4)在刻蝕后的乙烯微球上采用磁控濺射的方法沉積第一層厚度Mo薄膜，靶材為純度99.999%的Mo金屬靶，采用純氬氣濺射，制備致密的Mo薄膜:襯底溫度為室溫，本底真空為5X10_5 Pa，氬氣流量為40 sccm，濺射氣壓為4mTorr，電極間距為110 mm，濺射功率為50W，濺射時(shí)間為24 min，得到厚度為600 nm的第一層Mo薄膜，然后將玻璃襯底放在水里進(jìn)行超聲處理直至乙烯小球完全處理干凈；
5)采用磁控濺射或蒸發(fā)的方法再沉積第二層Mo薄膜，襯底溫度為室溫，本底真空為5X 10_5 Pa，氬氣流量為40 sccm，濺射氣壓為4mTorr，電極間距為110 mm，濺射功率為50W，濺射時(shí)間為15 min，得到厚度為300nm的第二層Mo薄膜，即可制得具有周期性結(jié)構(gòu)的背反射電極。
[0033]采用本發(fā)明的周期性結(jié)構(gòu)的背反射電極的技術(shù)效果與實(shí)施例1類同；周期性結(jié)構(gòu)的背反射電極應(yīng)用于微晶硅基太陽電池的技術(shù)效果與實(shí)施例1類同。
[0034]實(shí)施例6:
一種周期性結(jié)構(gòu)的背反射電極，如圖1所示，包括襯底層、形成模板作用的第一層Al薄膜和起修飾作用的第二層Al薄膜，襯底層為硬質(zhì)襯底玻璃，兩層金屬薄膜均為金屬Al薄膜，其中第一層Al薄膜厚度為600nm，第二層Al薄膜的厚度為200nm，構(gòu)成具有寬光譜散射作用的周期性結(jié)構(gòu)的背反射電極，周期性結(jié)構(gòu)的背反射電極均方根粗糙度為140nm。
[0035]一種所述周期性結(jié)構(gòu)的背反射電極的制備方法，利用水浴方法組裝聚苯乙烯(PS)微球，用O2等離子刻蝕PS微球，利用刻蝕后的聚苯乙烯微球的模板作用，得到具有寬光譜散射作用的周期性結(jié)構(gòu)的背反射電極，步驟如下:
I)將玻璃襯底浸泡在H2SO4與H2O2的體積比為2:1的混合溶液里進(jìn)行親水處理，處理時(shí)間為5小時(shí)；
2)把上述玻璃襯底放在水平臺上，將粒徑為3 μ m、濃度為5wt%的聚苯乙烯微球乳膠溶液垂直滴在玻璃襯底上，溶液慢慢擴(kuò)散開使乙烯微球不均勻散布于玻璃襯底上，然后把玻璃襯底放在水蒸氣上進(jìn)行自組裝，經(jīng)過30min的水浴，玻璃襯底上形成單層六方密排的粒徑2 μ m的聚苯乙烯微球；
3 )將上述單層六方密排的聚苯乙烯微球，進(jìn)行O2等離子刻蝕(RIE )，氧氣流量10 Sccm，氣壓llpa，射頻功率150W，刻蝕時(shí)間為12分鐘，相對應(yīng)乙烯微球的大小為2.2 μ m ;
4)在刻蝕后的乙烯微球上采用磁控濺射的方法沉積第一層厚度Al薄膜，靶材為純度99.999%的Al金屬靶，采用純氬氣濺射，制備致密的Al薄膜:襯底溫度為室溫，本底真空為5X10_5 Pa，氬氣流量為40 sccm，濺射氣壓為4mTorr，電極間距為110 mm，濺射功率為50W，濺射時(shí)間為28 min，得到厚度為600 nm的第一層Al薄膜，然后將玻璃襯底放在水里進(jìn)行超聲處理直至乙烯小球完全處理干凈；
5)采用磁控濺射或蒸發(fā)的方法再沉積第二層Al薄膜，襯底溫度為室溫，本底真空為5X 10_5 Pa，氬氣流量為40 sccm，濺射氣壓為4mTorr，電極間距為110 mm，濺射功率為50W，濺射時(shí)間為14 min，得到厚度為300nm的第二層Al薄膜，即可制得具有周期性結(jié)構(gòu)的背反射電極。
[0036]采用本發(fā)明的周期性結(jié)構(gòu)的背反射電極的技術(shù)效果與實(shí)施例1類同；周期性結(jié)構(gòu)的背反射電極應(yīng)用于微晶硅基太陽電池的技術(shù)效果與實(shí)施例1類同。
[0037]綜上，本發(fā)明提供了一種提高硅基薄膜太陽電池背反射電極散射特性的有效方法，該方法與傳統(tǒng)的硅基薄膜電池背反射電極制備工藝完全兼容，并且普遍適用于非晶硅基、微晶硅基、納米硅基薄膜單結(jié)及多結(jié)NIP太陽電池。由于該周期型結(jié)構(gòu)的背反射電極同時(shí)增加了對長波長和短波長光的利用，從而有利于提高電池的光吸收，改善電池短路電流，進(jìn)而提高太陽電池的光電轉(zhuǎn)換效率。
[0038]以上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實(shí)施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種周期性結(jié)構(gòu)的背反射電極，其特征在于:包括襯底層、形成模板作用的第一層金屬薄膜和起修飾作用的第二層金屬薄膜，襯底層為硬質(zhì)襯底玻璃，兩層金屬薄膜均為金屬Ag、Al或Mo薄膜，其中第一層薄膜厚度為300-1000nm，第二層金屬薄膜的厚度為100-500nm，構(gòu)成具有寬光譜散射作用的周期性結(jié)構(gòu)的背反射電極，周期性結(jié)構(gòu)的背反射電極均方根粗糙度為50-200 nm。
2.一種如權(quán)利要求1所述周期性結(jié)構(gòu)的背反射電極的制備方法，其特征在于:利用水浴方法組裝聚苯乙烯微球，用O2等離子刻蝕PS微球，利用刻蝕后的聚苯乙烯微球的模板作用，得到具有寬光譜散射作用的周期性結(jié)構(gòu)的背反射電極，步驟如下: 1)將玻璃襯底浸泡在H2SO4與H2O2的體積比為2:1的混合溶液里進(jìn)行親水處理，處理時(shí)間為2-10小時(shí)； 2)把上述玻璃襯底放在水平臺上，將粒徑為1-5μ m、濃度為5wt%的聚苯乙烯微球乳膠溶液垂直滴在玻璃襯底上，溶液慢慢擴(kuò)散開使乙烯微球不均勻散布于玻璃襯底上，然后把玻璃襯底放在水蒸氣上進(jìn)行自組裝，經(jīng)過30min的水浴，玻璃襯底上的形成單層六方密排的聚苯乙烯微球； 3)將上述單層六方密排的聚苯乙烯微球，進(jìn)行O2等離子刻蝕，刻蝕后聚苯乙烯微球的大小為0.5-4 μ m ； 4)在刻蝕后的乙烯微球上采用磁控濺射或蒸發(fā)的方法沉積第一層厚度為300-1000nm的金屬薄膜，然后將玻璃襯底放在水里進(jìn)行超聲處理直至乙烯小球完全處理干凈； 5)采用磁控濺射或蒸發(fā)的方法再沉積第二層厚度為100-500nm的金屬薄膜，即可制得具有周期性結(jié)構(gòu)的背反射電極。
3.—種如權(quán)利要求1所述周期性結(jié)構(gòu)的背反射電極的應(yīng)用，其特征在于:用于作薄膜太陽電池的背反射電極，所述薄膜太陽電池為非晶硅基、微晶硅基、納米硅基薄膜太陽電池、多結(jié)疊層硅基薄膜太陽電池、銅銦鎵硒太陽電池或銅鋅錫硫太陽電池。
【文檔編號】H01L31/18GK103474483SQ201310416645
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年9月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月13日
【發(fā)明者】張曉丹, 梁雪嬌, 趙穎, 高海波, 侯國付, 許盛之, 魏長春 申請人:南開大學(xué)