一种太阳电池纳米陷光结构的制备方法.pdf

张福庆等一种太阳电池纳米陷光结构的制各方法
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文章编号:1001-9731(2013)17-2583-06
种太阳电池纳米陷光结构的制备方法
张福庆,程广贵,郭立强,凌智勇,张忠强,袁宁一23,丁建宁23
(1.江苏大学机械工程学院,微纳米实验中心,江苏镇江212013;
2.常州大学材料学院,低维材料、微纳器件与系统中心,江苏常州213164;
3.常州大学材料学院,江苏省太阳能材料与技术实验室,江苏常州213164)
摘要:提出了一种利用石翼纳米颗粒作为掩膜,通刻蚀来制备具有低反射率的太阳电池陷光结构的方
过金属輔助刻蚀来制备具有低反射率的太旧电池纳米法。通过该方法,制得了一种表面覆盖有纳米线和纳
陷光结构的方法。用该方法制得了一种表面覆盖有纳米孔的太阳电池陷光结构,该结构的平均反射率在
米线和纳米孔的太阳电池纳米陷光结构。结合金属辅300~1100nm波长范围内可低至3.6%。
助刻蚀的机制和这种陷光结构的形成原理,分析了石
墨纳米颗粒和H2O2浓度对陷光结构形貌的影响,并
2实验
讨论了陷光结构的形貌对样品陷光性能的影响。最
利用石瞾纳米颗粒作为掩膜并结合金属辅助刻蚀
后,制得了在300~1100nm波长范围内平均反射率仅法来制备具有低反射率的太阳电池陷光结构。具体步
为3.6%的太阳电池陷光层
骤如下:(1)选用B掺杂的(100)(1~59/cm)硅片和
关键词:陷光;石墨纳米颗粒;金属辅助化学刻蚀;減普通玻璃载玻片,并将其切割成4cm×2cm的样片,分
反射;形貌
别用丙酮和无水乙醇超声清洗10min;在V(浓
中图分类号:TB332
文献标识码:AH2SO):V(H2O2)=4:1的溶液中煮沸1h;用5%
DOI:10.3969/j.issn.1001-9731.2013.17.034
(质量分数)的IF酸溶液浸泡3min;然后用V(NHI3
H2O):V(H2O2):V(H2O)=1:1:5的溶液在
80℃C条件下保温1h,使硅片表面产生良好的亲水性
太阳能的可再生性及其光伏技术的环保性使得利在以上每个处理步骤结東后都要用去离子水将样片清
用光伏电池吸收太阳能成为了目前最有前途的替代能洗干净;(2)分别在经过清洗的3个硅片和3个玻璃
源。在各种太阳电池中硅基太阳电池目前占有主要的载玻片表面用旋涂仪低速旋涂不同浓度石墨纳米颗粒
光伏市场,市场份额高于90%。这是由于硅基太阳溶液(0.01%、0.05%、0.1%(质量分数))并自然晾干;
电池与其它太阳电池相比有以下两点明显的优势:(1)(3)采用磁控溅射仪在样品表面沉积20nm厚的银膜;
硅是地球上含量第二多的元素;(2)硅基太阳电池的(4)将沉积好银膜的3个硅片分别切开,分成两组,将
制作工艺与现在成熟的集成电路工业能很好地兼容。第1组和第2组分别放入含有HF/H2O2的混合水溶
然而,目前硅基太阳电池相对比较低的效凎成本比使液(HF均为4.6mol/L,H2O2分别为1.76
其仍然竞争不过传统的石化能源。因此,提高太阳能和0.88mol/L)中在25℃条件下刻蚀30min。反应结
电池的效率和降低太阳能电池的成本将会是未来要面東后,将这些样品用去离子水冲洗千净,并用氮气吹
对的巨大挑战
干。图1为利用石墨纳米颗粒作为掩膜,在含有HF/
在太阳能电池结构中引人陷光结构可以提高太阳H2O)2的混合水溶液中刻蚀硅片形成陷光结构的过程
能电池对光的吸收,从而提高太阳能电池的效率2,原理图。
在过去的数十年中,常采用的陷光结构主要有:(1)金
本文的特点在于选取了耐酸碱腐蚀月原料丰富的
字塔、沟槽或倒金字塔陷光结构,其制备方法包括酸、石墨纳米颗粒作为掩膜,在溅射银膜后,将样品放入
碱湿法刻蚀和反应离子刻蚀等10;(2)微米、纳米孔HF/H2O2混合的水溶液中,此时在银粒子周围会形
阵列陷光结构-l13;(3)周期性亚波长光栅陷光结成局部原电池,即H在阴极发生还原反应,硅原子在
构141?:(4)金属纳米颗粒阵列陷光结构2;(5)硅阳极发生氧化反应并溶解,具体反应机制如下L2
纳米线、硅纳米柱或硅纳米锥阵列陷光结构[2。本
阴极反应(银粒子表面)
文介绍了一种利用石黑纳米颗粒作为掩膜的金属辅助
H2O2+2H+ 2e
基金项目:国家高技术研究发展计划(863计刘)资助项目(2011AA050511);国家自然科学基金资助项目(51005103);江苏省
博土后研究基金规划资助项目(1101146C;江苏大学高级人オ启动基金资助项日(11JDG059)
收到初稿日期:2013-01-09
收到修改稿日期:2013-04-16
通讯作者;丁建宁
作者简介:张福庆(1987一),男,山东德州人,在读硕土,师承丁建宁教授,从事纳米线太阳能电池研究。