一种低成本大面积提高薄膜太阳能电池光吸收效率的方法

技术领域

本发明涉及半导体光电子物理与器件技术领域，特别涉及一种低成本大面积提高薄膜太阳能电池光吸收效率的方法。

背景技术

薄膜太阳能电池凭借其在理论极限、生产成本、柔性运用等方面的先天优势，受到工业界和学术界的密切关注而得到持续不断的技术发展，是当前除传统硅基非晶和单晶太阳能电池以外的另一类主流太阳能电池。薄膜太阳能电池的性能瓶颈很大程度上来源于自身结构限制，吸收层厚度一般在2μm以内。如何提高薄吸收层的光吸收效率进而获得高光电转化效率,一直是薄膜太阳能电池研发工作面临的核心技术问题之一。目前，最为有效的解决方法是采用陷光（light trapping）结构，将入射光限制在吸收层内，延长入射光在电池内部传输的有效光程增强吸收，从而大幅改善薄膜太阳能电池的效率。

目前已有陷光（light trapping）结构主要包括表面随机织绒结构和表面周期性结构两大类。

表面随机织绒结构，顾名思义，即在表面形成微小且密集的微结构（细致粗化）。表面随机织绒结构通常有两大类制备方法：（1）先采用各类沉积方法在衬底上沉积透明导电氧化物（透明电极），再通过湿法蚀刻将其粗化，最后在带有粗化透明电极的衬底上沉积薄膜电池材料而获得。（2）采用旋涂方法在薄膜电池表面涂覆亚微米尺度的氧化物小球颗粒，或者蒸镀金属薄膜结合高温退火处理形成亚微米尺度的金属颗粒，再以这些颗粒为刻蚀掩膜，干法蚀刻薄膜电池表面而获得。两者都有各自不足，前者的可调控性较差；而后者存在可操作性差，重复性差，难以大面积应用的问题。

表面周期性结构主要包括一维光子晶体（表面线栅）和二维光子晶体（表面规则排列孔洞）等。从理论上讲，当入射光子能量小于这类结构的光子晶体禁带宽度时，入射光子就会陷于电池内部直至被吸收。此类表面微结构通常采用干法蚀刻方法制备，所用掩膜则是通过纳米压印和干涉光刻等方法制备。此类结构的致命问题在于大面积制备成本过于昂贵，并不适用于量产商用太阳能电池。另外，特定周期的光子晶体仅对某一特定波长范围的光子吸收十分有效，不能覆盖波长跨度较大的太阳光，存在先天不足。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低成本大面积提高薄膜太阳能电池光吸收效率的方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明一种低成本大面积提高薄膜太阳能电池光吸收效率的方法，包括以下步骤：

S1:采用粒子辐照方式处理有机薄膜，在膜内形成粒子辐照损伤迳迹；

S2:采用湿法蚀刻方法对膜内的粒子辐照损伤迳迹进行选择性蚀刻，在薄膜内形成随机分形排布的圆形孔洞，获得核孔膜；

S3:采用干法蚀刻方法，以核孔膜为刻蚀掩膜，在薄膜太阳能电池的载流子传输层或衬底上沉积的透明电极层表面形成刻蚀图案，用于改善电池的光吸收效率。

本发明的技术效果和优点：采用本发明提供的方法制备薄膜太阳能电池，可使其获得较为理想的表面随机织绒光陷结构，本发明提供的方法成本低，工艺步骤简单，重复性好，适合大面积应用；工艺调控性好，可实现特征尺寸在100 nm至μm量级之间的粗化形貌，能够显著提升薄膜太阳能电池在整个阳光波长范围内的光吸收效率。

附图说明

附图1是本发明的工艺步骤流程图；

附图2是核孔膜的电子扫描显微镜照片；

附图3是本发明核孔膜制备工艺流程和在载流子传输层表面制备亚微米尺度光陷结构流程示意图。

实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了如图1-3所示的一种低成本大面积提高薄膜太阳能电池光吸收效率的方法，具体包括以下步骤：

步骤1，采用粒子加速器对有机薄膜进行辐照处理，在薄膜内形成粒子辐照损伤迳迹，辐照粒子可以是各种能量的电子、质子或重离子，粒子注入量损伤迳迹密度由粒子注入量决定，根据后续孔密度目标要求，在10

步骤2，将粒子辐照后的PET薄膜放入NaOH溶液，损伤迳迹发生选择性湿法蚀刻形成圆形孔洞，由此制备核孔膜。孔径由蚀刻时间决定，通过调整蚀刻时间将孔径控制在200-800 nm范围内。NaOH 溶液的质量浓度范围在5%至30%之间，除了使用NaOH溶液，也可以使用KOH溶液或两者的混合溶液；

步骤3，对湿法蚀刻后的PET核孔膜进行清洗和烘干；

步骤4，直接将PET核孔膜作为掩膜版贴附在未切割的薄膜太阳能电池的载流子传输层表面，采用反应离子刻蚀（RIE）或电感耦合式等离子刻蚀（ICP）等方法进行干法蚀刻，将核孔膜图案转移至上述表面形成亚微米尺度粗化结构，刻蚀深度一般为50-300 nm。

步骤5，继续进行正常工艺流程，完成薄膜太阳能电池的制备。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。