一种薄膜太阳能电池及其制作方法技术领域
本发明涉及太阳能电池，尤其涉及一种薄膜太阳能电池及其制作方法。
背景技术
纳米压印技术是在20世纪九十年代被首次提出的，这种技术的加工分辨能力只与模板图案的尺寸有关，而不受光学光刻的最短曝光波长的物理限制。由于省去了光学光刻掩膜板和使用光学成像设备的成本，继承了电子束刻蚀技术的高分辨率特点，同时保留了传统刻蚀技术大批量生产的优势，因此纳米压印技术一诞生就以其高分辨率、高产率、低成本引起了各国科学家和产业界的兴趣和重视。
晶体硅太阳能电池作为第一代太阳能电池以转换效率高、制作工艺简单，在早期的太阳能电池中占据了较大的份额，但是其受原材料匮乏等因素的影响；第二代薄膜基太阳能电池正是在这种背景下发展起来，包括非晶硅、微晶硅、铜铟镓硒、碲化镉及叠层薄膜结构。最为典型的是硅基薄膜电池，为了增大光电转换层的光吸收，需在电池的前电极表面构筑陷光结构，通常是在清洁的超白浮法玻璃表面沉积透明导电薄膜之后，利用酸性溶液的腐蚀作用，形成表面陷光结构，最终达到减反射光线的目的。但是这种方法需要大量使用化学试剂，在一定程度上增加环境的污染，同时还需要精确控制反应时间，增加了制作太阳能电池的复杂程度。
发明内容
本发明的目的在于克服现有太阳能电池的不足，而提供一种薄膜太阳能电池及其制作方法，不仅制作工艺简单，而且不会污染环境，同时减少了可见光的损失，提高了电池转换效率，为薄膜基太阳能电池的制作提供了一种新的思路。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种薄膜太阳能电池，包括透明绝缘基板和依次堆叠在透明绝缘基板上的压印阻挡层、第一电极、光电转换层、第二电极，其特征在于：在压印阻挡层上构筑有具有图案化的纳米结构。
所述的压印阻挡层为有机或无机薄膜。
所述的薄膜为聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、有机硅材料、丙烯酸酯类、环氧树脂、金属、半导体中的一种或是多种的叠层。
构筑具有图案化的纳米结构所用的技术为纳米压印技术。
图案化的纳米结构为光栅、柱形、锥形、点阵及坑形结构。
第一电极层与第二电极层均为金属、透明导电氧化物或其复合结构。
光电转换层为硅基薄膜层、碲化镉基薄膜层、铜铟镓硒基薄膜层或叠层结构。
一种薄膜太阳能电池的制作方法，该方法的步骤如下：
步骤1）、采用涂覆或溅射或沉积的方法在干净的超白浮法玻璃表面上镀制有机或无机薄膜，得到压印阻挡层；
步骤2）、将带有压印阻挡层的玻璃基板连同模板一起放入压印系统中，进行热压印处理，结束后在压印阻挡层表面得到纳米结构；
步骤3）、在压印阻挡层表面利用化学气相沉积技术或者溅射技术镀制金属或透明氧化物或其复合物，得到第一电极，第一电极仍保留了压印阻挡层上的纳米结构；
步骤4）、用激光刻蚀技术构筑第一道刻槽，去除压印阻挡层和第一电极材料，并对基底进行清洗，然后在第一电极上镀制光电转换层；
步骤5）、对光电转换层进行激光刻蚀或机械刻蚀，去除光电转换层，形成平行于第一道刻槽的第二道刻线；
步骤6）、在光电转换层表面镀制第二电极，并对镀制完第二电极的电池进行平行于第一道刻槽和第二道刻槽的刻划，去除第二电极和光电转换层，从而形成电池串联结构。
步骤1）中所述的有机或无机薄膜的为聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、有机硅材料、丙烯酸酯类、环氧树脂、金属、半导体中其一或是多个的叠层，其厚度为10-300nm，且厚度大于压印模板特征尺寸的高度。
步骤2）中所述的热压印的压力为0.5-3MPa，时间为3min，温度为80-300℃。
步骤2）中所述的纳米结构为光栅、柱形、锥形、点阵或坑形结构。
步骤4）中光电转换层的镀制方法为：对清洗后的基底进行预热处理，然后将其放入PECVD设备中，通入硅烷、甲烷、磷烷、硼烷、氢气的混合气体，混合气体发生化学反应，形成固态物质覆盖在基底表面，形成光电转换层PIN结构。
步骤4）中光电转换层的镀制方法为：在清洗后的基底表面一次利用溅射后硒化法沉积CIGS薄膜、化学水浴法沉积硫化镉、溅射法溅射氧化锌，CIGS、硫化镉、氧化锌复合薄膜形成光电转换层的PN结。
所述的化学水浴法的水温为60-80℃，硫化镉薄膜的厚度为70-100nm；氧化锌薄膜的厚度为70-100nm。
步骤6）中所述的第二电极的材料为金属、透明导电氧化物或其复合结构，其厚度为100-400nm。
本发明的优点在于：
1、本发明一种薄膜太阳能电池无需利用酸腐蚀的方法在电池前电极表面构筑陷光结构，而是采用纳米压印技术在压印阻挡层上构筑具有图案化的纳米结构，简化了薄膜太阳能电池的制作工艺，实现了对环境的零污染。
2、传统薄膜太阳能电池的可见光损失率8.5%，本发明的一种薄膜太阳能电池的可见光损失率降低至5％，通过本发明光伏组件转换效率提高2%以上。
附图说明
图1是本发明薄膜太阳能电池的结构图。
具体实施方式
实施例1：
如图1所示，一种薄膜太阳能电池，包括透明绝缘基板1和依次堆叠在透明绝缘基板1上的压印阻挡层2、第一电极3、光电转换层4、第二电极5，其特征在于：在压印阻挡层2上构筑有具有图案化的纳米结构。
所述的压印阻挡层2为有机或无机薄膜。
所述的薄膜为聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、有机硅材料、丙烯酸酯类、环氧树脂、金属、半导体中的一种或是多种的叠层。
构筑具有图案化的纳米结构所用的技术为纳米压印技术。
图案化的纳米结构为光栅、柱形、锥形、点阵及坑形结构。
第一电极层3与第二电极层5均为金属、透明导电氧化物或其复合结构。
光电转换层4为硅基薄膜层、碲化镉基薄膜层、铜铟镓硒基薄膜层或叠层结构。
薄膜太阳能电池的制作方法为，该方法的步骤如下：
步骤1）、在干净的超白浮法玻璃上涂覆压印阻挡层聚苯乙烯，厚度为10-300nm，其厚度大于压印模板特征尺寸的高度，以防止模板在压印过程中损坏。
步骤2）、把涂覆有阻挡层的玻璃基板连同模板石英玻璃一起放入压印系统中进行热压印过程，压印压力为0.5-3MPa，保持时间为3min，压印温度为80-300℃；结束后在聚苯乙烯表面得到柱状阵列结构，此结构可以减少可见光损失，增加光的利用率，提高电池的光电性能。
步骤3）、在压印后的阻挡层表面利用化学气相沉积技术沉积掺氟二氧化锡，掺氟二氧化锡膜层表面仍保留了阻挡层上的柱状阵列结构。
步骤4）、用P1激光刻蚀构筑第一道刻槽，去除聚苯乙烯和掺氟二氧化锡，基底清洗并预热后放入PECVD设备中通入硅烷、甲烷、磷烷、硼烷、氢气混合气体沉积光电转换层PIN结构。
步骤5）、对基底降温后进行P2激光刻蚀过程，去除硅膜，形成平行P1刻槽的第二道刻线。
步骤6）、利用溅射技术在电池表面沉积背电极掺铝氧化锌，厚度为50-150nm，对镀完背电极的电池进行平行于P1、P2刻槽的P3激光刻蚀，去除背电极和硅膜，从而形成电池串联结构，死区宽度为300-400μm。
实施例2
如图1所示，一种薄膜太阳能电池，包括透明绝缘基板1和依次堆叠在透明绝缘基板1上的压印阻挡层2、第一电极3、光电转换层4、第二电极5，其特征在于：在压印阻挡层2上构筑有具有图案化的纳米结构。
所述的压印阻挡层2为有机或无机薄膜。
所述的薄膜为聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、有机硅材料、丙烯酸酯类、环氧树脂、金属、半导体中的一种或是多种的叠层。
构筑具有图案化的纳米结构所用的技术为纳米压印技术。
图案化的纳米结构为光栅、柱形、锥形、点阵及坑形结构。
第一电极层3与第二电极层5均为金属、透明导电氧化物或其复合结构。
光电转换层4为硅基薄膜层、碲化镉基薄膜层、铜铟镓硒基薄膜层或叠层结构。
薄膜太阳能电池的制作方法为，该方法的步骤如下：
步骤1）、在干净的超白浮法玻璃上溅射压印阻挡层氧化锌，厚度为10-300nm，其厚度大于压印模板特征尺寸的高度，以防止模板在压印过程中损坏。
步骤2）、把涂覆有阻挡层的玻璃基板连同模板聚二甲基硅氧烷（一起放入压印系统中进行热压印过程，压印压力为0.5-3MPa，保持时间为3min，压印温度为80-300℃；结束后在氧化锌表面得到坑形陷光结构，此结构可以减少可见光损失，增加光的利用率，提高电池的光电性能。
步骤3）、在压印后的阻挡层表面利用溅射技术沉积掺铝氧化锌，掺铝氧化锌膜层表面仍保留了阻挡层上的坑形陷光结构。
步骤4）、用P1激光刻蚀构筑第一道刻槽，去除氧化锌和掺铝氧化锌，基底清洗并预热后放入PECVD设备中通入硅烷、甲烷、磷烷、硼烷、氢气混合气体沉积光电转换层PIN结构。
步骤5）、对降温后的基底进行P2激光刻蚀过程，去除硅膜，形成平行P1刻槽的第二道刻线。
步骤6）、利用溅射技术在电池表面沉积背电极掺铝氧化锌和铝复合结构，厚度分别为100nm、200nm，对镀完背电极的电池进行平行于P1、P2刻槽的P3激光刻蚀，去除背电极和硅膜，从而形成电池串联结构，死区宽度为300-400μm。
实施例3
如图1所示，一种薄膜太阳能电池，包括透明绝缘基板1和依次堆叠在透明绝缘基板1上的压印阻挡层2、第一电极3、光电转换层4、第二电极5，其特征在于：在压印阻挡层2上构筑有具有图案化的纳米结构。
所述的压印阻挡层2为有机或无机薄膜。
所述的薄膜为聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、有机硅材料、丙烯酸酯类、环氧树脂、金属、半导体中的一种或是多种的叠层。
构筑具有图案化的纳米结构所用的技术为纳米压印技术。
图案化的纳米结构为光栅、柱形、锥形、点阵及坑形结构。
第一电极层3与第二电极层5均为金属、透明导电氧化物或其复合结构。
光电转换层4为硅基薄膜层、碲化镉基薄膜层、铜铟镓硒基薄膜层或叠层结构。
薄膜太阳能电池的制作方法为，该方法的步骤如下：
步骤1）、在干净的钠钙玻璃上沉积压印阻挡层钼，厚度为10-300nm，其厚度大于压印模板特征尺寸的高度，以防止模板在压印过程中损坏。
步骤2）、把涂覆有阻挡层的玻璃基板连同模板金刚石一起放入压印系统中进行热压印过程，压印压力为0.5-3MPa，保持时间为3min，压印温度为80-300℃；结束后在钼表面得到锥形阵列结构，此结构可以减少可见光损失，增加光的利用率，提高电池的光电性能。
步骤3）、在压印后的阻挡层表面利用溅射技术沉积金属电极钼，膜层表面仍保留了阻挡层上的锥形阵列结构。
步骤4）、用激光刻蚀构筑第一道刻槽，去除复合电极钼，清洗后利用溅射后硒化法沉积光电转换层CIGS薄膜，化学水浴法沉积硫化镉，水温为60-80℃，厚度为50-70nm；并溅射厚度为70-100nm的氧化锌，CIGS、硫化镉、氧化锌复合薄膜形成电池的PN结吸收层。
步骤5）、机械刻蚀掉吸收层，从而形成平行第一道刻槽的第二道刻线。
步骤6）、利用溅射技术在电池表面沉积背电极掺铝氧化锌，厚度为100nm，对镀完背电极的电池进行平行于第一道刻槽和第二道刻槽的机械刻蚀，去除背电极和硅膜，从而形成电池串联结构。