多晶硅薄膜太阳能电池电浆增强光捕获

以下实验的总体目标是展示等离子体纳米粒子的光散射如何增强薄膜太阳能电池中的光捕获并提高其性能。这是通过在背面薄膜太阳能电池表面沉积前驱体银膜，然后跪下制造光散射随机银纳米粒子阵列来实现的。作为第二步，带有纳米粒子阵列的太阳能电池涂有氟化镁介电层，然后涂上白色油漆以添加漫反射后反射器，该反射器捕获通过纳米粒子阵列传输的光 为了进一步增强电池光电流，进入太阳能电池且在第一道中未被吸收的光， 通过纳米粒子阵列和后漫反射器以倾斜角度散射回电池，这增加了光学单元的厚度，从而提高了光吸收。结果表明，在等离子体光散射反射器存在的情况下，太阳能电池短路电流增加了 45%。

这种基于纹理的传统光捕获方法的主要优点是它可以应用于规划器和完全制造的设备，从而避免由于纹理相关缺陷或与设备制造工艺不兼容而导致不可能的并发症。虽然这种方法适用于晶体硅综合症电池，但也可以应用于其他类型的太阳电池和光电器件，以提高其性能，如多晶、硅和微米薄膜电池、有机太阳电池，甚至发光二极管。按照本视频随附的书面协议中的描述，从制造多晶硅太阳能电池开始此协议。

这张为期两周的制造过程所得电池的特写视图显示了将形成硅纳米颗粒的金属化图案之间的电池硅表面。用干燥的氮气吹扫金属化的样品池表面以去除灰尘，然后将样品加载到包含装满 0.3 至 0.5 克银颗粒的钨舟的热蒸发器中。将蒸发器室抽真空至 2 到 3 x 10 的基本压力，至负 5 或 Next 程序。

石英晶体监测器缩写为 QCM，带有银的参数。确保样品快门关闭并打开钨船加热器。将电流增加得足够慢，以避免压力上升到 8 x 10 以上到负 5 托，直到通过视口观察到银颗粒熔化。压力稳定后，将电流设置为对应于每秒 0.1 至 0.2 埃银沉积速率的设定点。

打开快门以开始沉积过程。制造 plus 单色反射器的一个关键方面是精确控制银膜厚度和拐点条件。形成性能最佳的纳米颗粒阵列。

使用 QCM 监测不断增长的银膜厚度，当厚度达到 14 纳米时关闭快门，让钨舟冷却约 15 分钟，然后卸载样品，将带有新沉积银膜的电池放入预热至 230 摄氏度的氮气吹扫炉中，跪下 50 分钟。跪下后，由于纳米颗粒的存在，表面外观的变化很明显。后反射器由大约 300 纳米厚的氟化镁介电覆层和一层商用白色天花板涂料组成。

在制造后反射器之前，通过在电池触点上涂抹黑色记号笔墨水来保护电池触点。这允许通过提离过程从电介质下方暴露触点。使用氮气枪吹扫纳米粒子阵列和涂漆触点以去除灰尘。

使用适度的氮气压力，以避免去除每周粘附的纳米颗粒。将样品放入装有装满镁的钨舟的热蒸发器中。氟化物片。

将蒸发器抽真空至 2 到 3 x 10 的压力，至负 5 tor 组。氟化镁的 QCM 参数，确保样品快门关闭并打开船只。加热器缓慢增加电流以避免过度加压，直到氟化镁熔化，如通过视口看到的那样。

压力稳定后，将电流设置为对应于氟化镁沉积速率 0.3 纳米/秒的设定点，然后打开样品闸门。使用 QCM 监测沉积厚度，当达到 300 纳米时关闭快门，在钨舟冷却约 15 分钟后关闭加热器，卸载样品。请注意氟化镁包层的电池外观变化。

要去除电池触点上的油墨遮罩，请将带有介电包层的电池浸入丙酮中。等到墨水上方的电介质开始开裂并脱落。将电池保持在丙酮中，直到去除所有带有电介质的墨水并且金属触点完全暴露。

从丙酮中取出样品。尝试使用氮气枪。用细软刷在整个细胞表面涂上一层白色油漆。

小心避免金属接触，油漆层必须足够厚，完全不透明，以便在明亮的光源下通过涂漆单元观察时看不到光线，让油漆干燥一天。太阳能电池短路电流是通过在标准全球太阳光谱上对外部量子效率或 EQE 曲线进行积分来计算的。电池电流及其由于光捕获引起的增强都取决于电池吸收层的厚度。

对于较厚的电池，电流本身较高，但对于较薄的器件，电流增强较高。最初的两微米厚电池没有光捕获，短路电流密度测量约为每平方厘米 15 毫安，使用漫反射背反射器。电流约为每平方厘米 20 毫安，或在电池背面制造纳米颗粒阵列后高出 25% 至 31%。

短路电流密度增加到每平方厘米 20 毫安左右，提高了 32%，略好于漫反射背反射镜的增强效果。只有在使用等离子体纳米粒子阵列将氟化镁包层上的后漫反射器添加到单元后，短路电流密度才会进一步增加到每平方厘米 22.3 毫安或约 45%。请注意，对于 3 微米厚的电池，所有电流都高于每平方厘米 25.7 毫安，而相对增强略低，为 42%一旦掌握，光捕获在较薄的设备中具有相对较大的效果。

如果执行得当，此过程可以在 4 到 5 小时内完成。不包括反光涂料，大约需要 12 小时和室温。看完这个视频后，你应该对等离子体粘土捕获如何用于太阳能电池有一个很好的了解。

此外，您应该很好地了解如何在太阳能电池上制造类似等离子体的散射反射器，以改善电池光电流中的光捕获。