一种自清洁太阳能减反膜结构及电池的制作方法

1.本实用新型涉及太阳能电池技术领域，尤其涉及一种自清洁太阳能减反膜结构及电池。


背景技术：

2.目前在太阳能电池生产过程中，减反射薄膜层被广泛应用，目的是有效减少光反射，增加光的透射能力，常规工艺是在硅衬底表面沉积一层或多层薄膜层，使太阳光在界面处和自由空间达到阻抗匹配，这样几乎很少的太阳光在界面处发生反射。减反膜包括单层介质减反膜、双层介质减反膜、多层介质减反膜和微纳结构减反膜等。各种减反膜被广泛研究并利用到太阳能电池表面，其中氧化硅、二氧化硅、氮化硅、二氧化钛、氟化镁等单层或多层减反膜最为常见。中国发明cn102723378a提供了一种类单晶硅太阳能电池用叠层减反射膜，在太阳能电池类单晶硅片的前表面，从内至外依次设有zno空心球薄膜和氮化硅薄膜，这种叠层膜与单层膜相比具有更好的光学匹配特性，不仅对在硅的主光谱响应的550nm的光有优异的减反射效果，而且对波长在300～1200nm范围内的光都有很好的件反射和吸收效果，从而提高类单晶硅太阳能电池的转换效率。所述zno空心球薄膜夹在所述氮化硅薄膜和单晶硅片前表面之间，所述zno无法利用自身特性对电池表面进行亲清洁，当太阳能电池片在极端恶劣的条件下，常常会有部分灰尘和杂质落在电池表面，长此以往会给电池的可靠性带来风险，影响光的转换效率。


技术实现要素：

3.本实用新型所要解决的技术问题在于，提高一种自清洁太阳能减反膜结构，其可使电池片表面具有良好的自清洁功能，减少光损失、提高光电转化效率。
4.本实用新型所要解决的技术问题还在于，提高一种包含上述自清洁太阳能减反膜结构的电池。
5.为了解决上述技术问题，提供了一种自清洁太阳能减反膜结构，包含由下至上依次设置的sinx薄膜层、siox薄膜层和纳米zno薄膜层，所述sinx薄膜层、siox薄膜层和纳米zno薄膜层相连接，所述纳米zno薄膜层设在最外层，所述sinx薄膜层与硅片连接。
6.优选地，所述纳米zno薄膜层的厚度≤12nm。
7.优选地，所述纳米zno薄膜层的厚度为6～12nm，折射率为1.9～2.1。
8.优选地，所述纳米zno薄膜层的孔隙率小于10％。
9.优选地，所述纳米zno薄膜层的厚度和所述siox薄膜层的厚度均小于所述sinx薄膜层的厚度，所述sinx薄膜层的折射率大于所述siox薄膜层的折射率。
10.优选地，所述sinx薄膜层的厚度为55～65nm，折射率为2.0～2.3。
11.优选地，所述siox薄膜层的厚度为4～10nm，折射率为1.4～1.6。
12.优选地，所述sinx薄膜层的折射率为2.0、所述siox薄膜层的折射率1.45、所述纳米zno薄膜层的折射率为1.9。
13.为了解决上述技术问题，本实用新型还提供了一种太阳能电池，包含所述的自清洁太阳能减反膜结构。
14.本实用新型，具有如下有益效果：
15.本实用新型提供了一种自清洁太阳能减反膜结构，包含由下至上依次设置的sinx薄膜层、siox薄膜层和纳米zno。所述纳米zno薄膜层具有良好的光催化活性和光催化特性，以及纳米材料独有的小尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应，当太阳光照射在电池片表面时，会有更多薄膜层的光被电池片吸收，同时电池片的表面会因为zno独特的光催化特性使电池片表面保持长时间的整洁状态，提高太阳能电池片的使用寿命。另外，sinx薄膜层、siox薄膜层和纳米zno协同作用提高电池的光电转化效率。
附图说明
16.图1是本实用新型一种自清洁太阳能减反膜结构的结构示意图。
具体实施方式
17.为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作进一步地详细描述。
18.在太阳能电池中，提高太阳能电池的功率转换效率是一个不可或缺的长期课题，转换效率的大小与透射到电池内部的光子数量有直接的关联，而太阳能电池对光子的捕获取决于其表面结构对光的透射能力，要增强光在表面的透射就必须要抑制其反射，在这方面，减反射薄膜层被广泛应用，目的是有效减少光反射，增加光的透射能力，从而增加太阳能电池对光子的捕获能力，进而提高太阳能电池的功率转换效率。但是太阳能电池片在极端恶劣条件下，会有部分灰尘和杂质落在电池表面，长此以往不但会给电池的可靠性带来风险，同时影响光的转换效率。
19.为了解决上述技术问题，本实用新型公开了一种自清洁太阳能减反膜结构，如图1所示，包含由下至上依次设置的sinx薄膜层2、siox薄膜层3和纳米zno薄膜层4，所述sinx薄膜层2、siox薄膜层3和纳米zno薄膜层4相连接，所述纳米zno薄膜层4设在最外层，所述sinx薄膜层2与硅片1连接
20.所述纳米zno薄膜层4是一种新型宽带隙半导体，具有良好的光催化活性和光催化特性，以及纳米材料独有的小尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应，当太阳光照射在电池片表面时，会有更多薄膜层的光被电池片吸收，同时电池片的表面会因为纳米zno独特的光催化特性使电池片表面保持长时间的整洁状态，提高太阳能电池片的使用寿命。
21.优选地，所述纳米zno薄膜层4的厚度≤12nm。较优选地，所述纳米zno薄膜层4的厚度为6～12nm，折射率为1.9～2.1。更为优选地，所述纳米zno薄膜层4的厚度为8～10nm，折射率为1.9～2.0。
22.需要说明的是，所述纳米zno薄膜层4的致密程度会影响所述自清洁太阳能减反膜的自清洁效果，当所述纳米zno薄膜层4较为稀疏时，会有部分电池片表面无纳米zno粒子，从而无法发挥纳米zno独特的光催化特性，进而无法起到自清洁作用。优选地，所述纳米zno薄膜层4的孔隙率小于10％。更为优选地，所述纳米zno薄膜层4的孔隙率为5～8％。另外，所述纳米zno的形状和颗粒尺寸也会对其自清洁作用有一定的影响，所述纳米zno的颗粒形状
可以是球状，所述球状纳米zno的粒径为3～5nm。或者，所述纳米zno的颗粒的形状为四针状，所述四针状纳米zno的长径比为6～14。
23.除此之外，对所述自清洁太阳能减反膜结构中的所述sinx薄膜层2和所述siox薄膜层3也有一定的要求以满足更好的光电转换效率。优选地，所述sinx薄膜层2的厚度为55～65nm，折射率为2.0～2.3。更优选地，所述sinx薄膜层2的厚度为58～62nm，折射率为2.0～2.2。
24.优选地，所述siox薄膜层3的厚度为4～10nm，折射率为1.4～1.6。更优选地，所述siox薄膜层3的厚度为6～8nm，折射率为1.4～1.5。
25.特别优选地，所述sinx薄膜层2的折射率为2.0、所述siox薄膜层3的折射率1.45的、所述纳米zno薄膜层4的折射率为1.9。
26.需要说明的是，所述纳米zno薄膜层4的厚度和所述siox薄膜层3的厚度均小于所述sinx薄膜层2的厚度，所述sinx薄膜层2的折射率大于所述siox薄膜层3的折射率。在电池片正面沉积两层折射率不同的sinx薄膜层2和siox薄膜层3，所述sinx薄膜层2中存在大量固定的正电荷和游离的氢原子，大量的游离氢原子扩散到si-sinx界面处，与界面处的硅悬挂键结合以提高钝化效果，减少载流子复合中心，降低表面复合速率，提高光电转化效率。
27.工业生产晶硅太阳电池常采用pecvd制备钝化减反膜。pecvd即等离子体增强化学气相沉积法，是一种射频辉光放电的物理过程和化学反应相结合的技术。pecvd借助微波或者射频使气体分子电离，在反应腔室内形成等离子体，由于等离子体化学活性很强，极易发生反应，在晶体硅上沉积出理想的减反膜。本实用新型使用pecvd的方法依次在硅片1正面沉积sinx薄膜层2、siox薄膜层3和纳米zno薄膜层4。
28.所述sinx薄膜层2的pecvd制备原理是利用低温等离子体作能量源，样品置于低气压下辉光放电的阴极上，利用辉光放电离反应气体sih4和nh3，在400～500℃的腔室中，气体经过一系列复杂的化学反应，在硅片1表面形成氮化硅减反膜。一般情况下，制备的钝化减反膜厚度在70～90nm之间，利用薄膜干涉原理，可以使光的反射大为减少，根据氢钝化机理，反应过程中生成的氢可以钝化晶体硅的缺陷和未饱和悬挂键，提高晶硅太阳电池的短路电流和开路电压，光电转化效率也得到相应提高。优选地，所述sinx薄膜层2在pecvd制备过程中以nh3为氮源，以sih4为硅源，氮硅比为7.0～10.0，沉积时间为500～700s，温度为400～490℃。所得sinx薄膜层2的厚度为58～62nm，折射率为2.0～2.2。
29.相应地，所述siox薄膜层3在pecvd制备过程中以sih4为硅源，n2o为氧源，氧硅比为8.0～10，沉积时间为100～200s，温度为400～490℃。所得siox薄膜层3的厚度为4～10nm，折射率为1.4～1.6。
30.相应地，所述纳米zno薄膜层4在pecvd制备过程中以zn(c2h5)2作为锌源，co2/h2混合气作为氧源，沉积时间为90～190s，温度为380～480℃。所得zno薄膜层的厚度为6～12nm，折射率为1.9～2.1。
31.本实用新型还提供了一种太阳能电池，包含所述自清洁太阳能减反膜结构。将上述自清洁太阳能减反膜的制备技术与背激光及丝网印刷等技术结合，完成晶硅电池的生产。
32.本实用新型机理∶
33.本自清洁太阳能减反膜结构包含由下至上依次设置的sinx薄膜层2、siox薄膜层3
和纳米zno薄膜层4，所述sinx薄膜层2的折射率大于所述siox薄膜层3的折射率。所述纳米zno薄膜层4中的纳米zno具有独有的小尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应，可增强太阳光在膜层界面处的光学匹配。另外，纳米zno具有良好的光催化活性和光催化特性，使得电池片表面具有良好的自清洁功能，提高电池片的使用寿命，降低可靠性风险。除此之外，富含氢的sinx薄膜层2能钝化si表面的界面悬挂键，减少载流子复合中心，降低表面复合速率，提高光电转化效率。
34.以上所揭露的仅为本实用新型一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，因此依本实用新型权利要求所作的等同变化，仍属本实用新型所涵盖的范围。