一种硅太阳电池表面等离子体增益的方法.pdf

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1、10申请公布号CN102142483A43申请公布日20110803CN102142483ACN102142483A21申请号201110004974322申请日20110111H01L31/18200601B05D5/02200601B05D3/02200601B05D3/0420060171申请人浙江大学地址310027浙江省杭州市西湖区浙大路38号72发明人余学功顾鑫杨德仁许敬琳雷东曾令胜叶浩挺74专利代理机构杭州天勤知识产权代理有限公司33224代理人胡红娟54发明名称一种硅太阳电池表面等离子体增益的方法57摘要本发明公开了一种硅太阳电池表面等离子体增益的方法，采用将金属纳米颗粒分散在。

2、醇溶剂中形成金属纳米颗粒胶体溶液，在硅太阳电池片迎光面上，丝网印刷或喷淋或旋涂金属纳米颗粒胶体溶液，烘烤使醇溶剂从电池片表面挥发完全，在保护气体氛围下进行快速热处理退火温度，再进行二次常规热处理退火，实现硅太阳电池表面等离子体增益。本发明方法具有成本低、易操作、效率提升效果好的特点，具有较大的应用前景。51INTCL19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书5页CN102142490A1/1页21一种硅太阳电池表面等离子体增益的方法，其特征在于，包括以下步骤1将颗粒尺寸为20200NM的金属纳米颗粒分散在醇溶剂中，制备得到金属纳米颗粒的浓度为000109摩尔/升的金属。

3、纳米颗粒胶体溶液；2在硅太阳电池片的迎光面上，丝网印刷或喷淋或旋涂由步骤1制得的金属纳米颗粒胶体溶液，在100150下烘烤，使醇溶剂从电池片表面挥发完全；3将步骤2得到的电池片在保护气体氛围下，200500的退火温度，进行快速热处理，所述的保护气体为氮气、氩气和氢气中的一种或多种，快速热处理时间为1060S；4将步骤3得到的电池片在保护气体氛围下，150400的退火温度，进行常规热处理，所述的保护气体为氮气、氩气和氢气中的一种或多种，常规热处理时间为034H。2如权利要求1所述的硅太阳电池表面等离子体增益的方法，其特征在于，步骤1中，所述的金属纳米颗粒为金、银、铂、钯、铝或镍。3如权利要求1所。

4、述的硅太阳电池表面等离子体增益的方法，其特征在于，步骤1中，所述的醇为二到四元醇。4如权利要求1所述的硅太阳电池表面等离子体增益的方法，其特征在于，步骤1中，所述的金属纳米颗粒的尺寸为30180NM。5如权利要求1所述的硅太阳电池表面等离子体增益的方法，其特征在于，步骤1中，所述的金属纳米颗粒的尺寸为50130NM。6如权利要求1所述的硅太阳电池表面等离子体增益的方法，其特征在于，步骤1中，所述的金属纳米颗粒的浓度为000505摩尔/升。7如权利要求1所述的硅太阳电池表面等离子体增益的方法，其特征在于，步骤1中，所述的金属纳米颗粒的浓度为000501摩尔/升。8如权利要求1所述的硅太阳电池表面。

5、等离子体增益的方法，其特征在于，步骤3中，所述的退火温度为300500。9如权利要求1所述的硅太阳电池表面等离子体增益的方法，其特征在于，步骤4中，所述的常规热处理时间为052H。权利要求书CN102142483ACN102142490A1/5页3一种硅太阳电池表面等离子体增益的方法技术领域0001本发明属于太阳能电池技术及应用领域，尤其涉及一种硅太阳电池表面等离子体增益的方法。背景技术0002能源问题是当今社会人类所共同面临的重大问题。各种传统的化石能源正在消耗殆尽而可再生能源却依然青黄不接。能源的合理利用以及寻求合理的替代能源是这一领域所共同关心的问题。光伏发电是利用光生伏特效应将太阳能转。

6、化成电能的的一种技术。而这种能源之间的转化是完全清洁的过程，不会带来传统能源所引起的环境污染问题。因此，光伏发电技术越来越受到人们的重视。据世界能源组织、欧洲联合研究中心、欧洲光伏工业协会预测，到2040年光伏发电将占全球发电量的20。按此推算未来数十年，全球光伏产业的增长率将高达2530。到21世纪中叶，太阳能光伏发电将成为人类的基础能源之一，在世界能源构成中占有重要的战略地位。0003太阳电池是将太阳能转换为电能的器件。这其中，硅太阳电池占到所有太阳电池市场份额的80以上。而硅太阳电池具有其他材料的太阳电池所不具备的商业化优势，专家预计在20年内其他材料都无法动摇其光伏产业最主要原材料的地。

7、位。因此，如何改进硅太阳电池的性能，提高硅太阳电池的效率，成为推动光伏产业发展的一大课题。0004近年来，金属如金，银，铂，钯，铝等但不仅限于此的纳米颗粒的表面等离子体效应得到大量的研究。表面等离激元SURFACEPLASMONPOLARITONS，SPPS是在金属与介质的平面界面处传播的表面电磁波的元激发，它是金属边界处的电子在纵向连续起伏振荡引起的。如果金属薄膜的表面非常粗糙或在金属的曲面如球体、柱体等，其SP不能以波的形式沿界面传播，而是被局域在这些结构的表面附近，这即是SP的局域化，在这种特殊的情况下，SP也被称作局域表面等离子体LOCALIZEDSURFACEPLASMON，LSP。。

8、有研究表明，在纳米颗粒尺寸大于一定阈值时，纳米颗粒对于入射的太阳光以散射为主，这种强散射性质可以用于增加太阳电池的光吸收。0005据现有文献报道，目前以金属纳米颗粒制备表面等离子体的方法已经存在，主要分为两种。一种是真空蒸镀法包含溅射，蒸发等，即用镀膜的方式在硅表面形成金属薄膜，然后退火加热使之破碎形成所谓的岛膜。直接使用这种方法生长的颗粒密度很大，会在表面形成很强的反射区域，因此，真空法或者要用到模板，但现有的模板孔的密度一般在109CM3以上。如此大的密度将大大增加器件的反射率，使器件性能恶化；或者要用到离子刻蚀，这将大大增加太阳电池的成本。另外一种方法是将金属纳米颗粒的胶体溶液附着在太阳。

9、电池表面。这种方法较为简单，但其不足在于需要用有机溶剂将胶体去除，这会使金属纳米颗粒与基体的接触恶化。同时，使用有机溶剂浸泡的电池性能也会下降。发明内容0006本发明提供了一种硅太阳电池表面等离子体增益的方法，该方法简单易操作、成说明书CN102142483ACN102142490A2/5页4本低廉。0007一种硅太阳电池表面等离子体增益的方法，包括以下步骤00081将颗粒尺寸为20200NM的金属纳米颗粒分散在醇溶剂中，制备得到金属纳米颗粒的浓度为000109摩尔/升的金属纳米颗粒胶体溶液，即金属纳米颗粒的分散体系；00092在硅太阳电池片的迎光面即电池工作时的向光面，简称迎光面，通常为硅太。

10、阳电池片的蓝色或青蓝色的一面上，丝网印刷或喷淋或旋涂由步骤1制得的金属纳米颗粒胶体溶液，在100150下烘烤，使醇溶剂从电池片表面挥发完全；00103将步骤2得到的电池片在保护气体氛围下，在200500的退火温度下进行快速热处理，所述的保护气体为氮气、氩气和氢气中的一种或多种，快速热处理时间为1060S；00114将步骤3得到的电池片在保护气体氛围下，在150400的退火温度下进行常规热处理，所述的保护气体为氮气、氩气和氢气中的一种或多种，常规热处理时间为034H。0012步骤1中，所述的金属纳米颗粒可采用各种金属，优选为金、银、铂、钯、铝或镍，但不仅限于此。0013步骤1中，所述的醇可以是乙。

11、醇等一元醇，也可以是乙二醇、丙三醇等多元醇，优选使用二到四元醇，在二到四元醇溶剂中纳米金属颗粒不易团聚，易于控制生长形貌。0014步骤1中，所述的金属纳米颗粒的尺寸优选为30180NM，进一步优选为50130NM。这一范围中的金属纳米颗粒在制备过程中尺寸更均匀更容易控制，便于后续的控制。0015步骤1中，所述的金属纳米颗粒的浓度优选为000505摩尔/升；进一步优选为000501摩尔/升。在此范围中的金属纳米颗粒具有较好的增益效果而造成反射率的过大增加。0016步骤2中，旋涂时的转速为13004500RPM；进一步优选为20003500RPM。0017步骤3中，所述的退火温度进一步优选为300。

12、500；0018步骤4中，所述的常规热处理时间进一步优选为052H；0019步骤3和4中，热处理结束后，电池片可以随炉自然冷却或快速冷却空气冷却。0020本发明中，采用将金属纳米颗粒分散在醇溶剂中形成金属纳米颗粒胶体溶液，在硅太阳电池片迎光面上，丝网印刷或喷淋或旋涂金属纳米颗粒胶体溶液，烘烤使醇从电池片表面挥发完全，在保护气体下进行快速热处理退火温度，再进行二次常规热处理退火，实现硅太阳电池表面等离子体增益。本发明方法吸取了已有方法的长处，利用金属纳米颗粒独有的易团聚、导电性好、加热易变形的特点，将金属纳米颗粒和醇溶剂结合形成分散体系，并分散在硅太阳电池片表面；在相对较低的温度和较简易的条件下。

13、加热硅太阳电池片，可以使得表面的醇完全挥发，并且金属纳米颗粒在硅太阳电池片表面形成半球形或圆柱形，实现硅太阳电池表面等离子体增益。0021相对于现有技术，本发明具有以下有益的技术效果00221颗粒尺寸完全可控；说明书CN102142483ACN102142490A3/5页500232胶体溶液浓度完全可控；00243丝网印刷或喷淋或旋涂后颗粒密度可控，并且能控制在只增加透射不增加反射的水准；00254通过这种方法处理后得到的电池片表面的金属颗粒形貌可控；00265通过这种方法可以真正实现电池效率的提升。0027本发明的硅太阳电池表面等离子体增益的方法，不仅仅适用于晶硅太阳电池，更适用于薄膜硅太阳。

14、电池甚至其他材料的太阳电池。本发明方法应用于非硅基体的太阳电池时仅需要调整金属纳米颗粒的尺寸和密度即可。采用本发明方法在太阳电池表面沉积金属纳米颗粒之后，硅太阳电池高于17的电池的效率能提高0103，部分低效电池能提高效率1以上。本发明方法具有成本低、易操作、效率提升效果好的特点，具有较大的应用前景。具体实施方式0028下面结合实施例来详细说明本发明，但本发明并不仅限于此。0029实施例100301将颗粒尺寸为50NM的银纳米颗粒分散在乙二醇溶剂中，制备得到银纳米颗粒的浓度为003摩尔/升的银纳米颗粒胶体溶液，即银纳米颗粒的分散体系；00312在硅太阳电池片产品的迎光面蓝色或青蓝色面，旋涂由步。

15、骤1制得的银纳米颗粒胶体溶液，在150下烘烤，使乙二醇从电池片表面挥发完全；00323将步骤2得到的电池片在氩气保护下在450的退火温度下快速热处理35S，再快速冷却；00334将步骤3得到的电池片在氮气保护下在200的退火温度下常规热处理15H，再随炉自然冷却。0034对未经增益处理的硅太阳电池产品和由上述制得的样品进行性能测试，采用7SCSPECII系列太阳能电池光谱性能测试系统测试量子效率，使用BERGERLICHTTECHNIK脉冲激光模拟器，在AM15标准测试条件下测试光电转换效率。以下各实施例均采取相同的测试条件，不再重复说明。0035性能测试的结果显示0036未经增益处理的硅太阳。

16、电池产品和由上述制得的样品在300750NM和9501100处量子效率平均值无变化或变化不明显，在750950NM处量子效率平均值有15绝对值的提升，未经增益处理的硅太阳电池产品在750950NM处量子效率平均值为953，由上述制得的样品在750950NM处量子效率平均值为968。0037未经增益处理的硅太阳电池产品和由上述制得的样品的光电转换效率提高013绝对值，未经增益处理的硅太阳电池产品的光电转换效率为1753，由上述制得的样品的光电转换效率为1766。0038实施例200391将颗粒尺寸为750NM的银纳米颗粒分散在乙二醇溶剂中，制备得到银纳米颗粒的浓度为002摩尔/升的银纳米颗粒胶体。

17、溶液，即银纳米颗粒的分散体系；00402在硅太阳电池片产品的迎光面蓝色或青蓝色面，旋涂由步骤1制得的银说明书CN102142483ACN102142490A4/5页6纳米颗粒胶体溶液，在150下烘烤，使乙二醇从电池片表面挥发完全；00413将步骤2得到的电池片在氢气保护下在400的退火温度下快速热处理28S，再随炉自然冷却；00424将步骤3得到的电池片在氢氩混合气其中氢气占体积比10下在250的退火温度下常规热处理08H，再随炉自然冷却。0043对未经增益处理的硅太阳电池产品和由本实施例制得的样品进行性能测试，测试其量子效率及光电转换效率。测试结果显示0044未经增益处理的硅太阳电池产品和由。

18、本实施例制得的样品在300750NM和10001100NM处量子效率平均值无变化或变化不明显，在7501000NM处量子效率平均值有113绝对值的提升，未经增益处理的硅太阳电池产品在7501000NM处量子效率平均值为9582，由上述制得的样品在7501000NM处量子效率平均值为9693。0045未经增益处理的硅太阳电池产品和由上述制得的样品的光电转换效率提高011绝对值，未经增益处理的硅太阳电池产品的光电转换效率为17565，由本实施例制得的样品的光电转换效率为17675。0046实施例300471将颗粒尺寸为120NM的金纳米颗粒分散在丙三醇溶剂中，制备得到金纳米颗粒的浓度为0007摩尔。

19、/升的金纳米颗粒胶体溶液，即金纳米颗粒的分散体系；00482在硅太阳电池片产品的迎光面蓝色或青蓝色面，旋涂由步骤1制得的金纳米颗粒胶体溶液，在150下烘烤，使丙三醇从电池片表面挥发完全；00493将步骤2得到的电池片在氩气保护下在500的退火温度下快速热处理60S，再快速冷却；00504将步骤3得到的电池片在氢气保护下在300的退火温度下常规热处理2H，再快速冷却。0051对未经增益处理的硅太阳电池产品和由本实施例制得的样品进行性能测试，测试其量子效率及光电转换效率。测试结果显示0052未经增益处理的硅太阳电池产品和由本实施例制得的样品在300780NM和9901100NM处量子效率平均值无变。

20、化或变化不明显，在780990NM处量子效率平均值有162绝对值的提升，未经增益处理的硅太阳电池产品在780990NM处量子效率平均值为9571，由上述制得的样品在780990NM处量子效率平均值为9733。0053未经增益处理的硅太阳电池产品和由上述制得的样品的光电转换效率提高0183绝对值，未经增益处理的硅太阳电池产品的光电转换效率为1754，由本实施例制得的样品的光电转换效率为17723。0054实施例400551将颗粒尺寸为30NM的铂纳米颗粒分散在乙二醇溶剂中，制备得到铂纳米颗粒的浓度为0085摩尔/升的铂纳米颗粒胶体溶液，即铂纳米颗粒的分散体系；00562在硅太阳电池片产品的迎光面。

21、蓝色或青蓝色面，旋涂由步骤1制得的铂纳米颗粒胶体溶液，在120下烘烤，使乙二醇从电池片表面挥发完全；00573将步骤2得到的电池片在氮气保护下在500的退火温度下快速热处理60S，再快速冷却；说明书CN102142483ACN102142490A5/5页700584将步骤3得到的电池片在氢气保护下在350的退火温度下常规热处理2H，再随炉自然冷却。0059对未经增益处理的硅太阳电池产品和由本实施例制得的样品进行性能测试，测试其量子效率及光电转换效率。测试结果显示0060未经增益处理的硅太阳电池产品和由本实施例制得的样品在300750NM和9501100HM处量子效率平均值无变化或变化不明显，在750900HM处量子效率平均值有092绝对值的提升，未经增益处理的硅太阳电池产品在750900HM处量子效率平均值为9601，由上述制得的样品在750900HM处量子效率平均值为9693。0061未经增益处理的硅太阳电池产品和由上述制得的样品的光电转换效率提高0045绝对值，未经增益处理的硅太阳电池产品的光电转换效率为1763，由本实施例制得的样品的光电转换效率为17675。说明书CN102142483A。