一种提高薄膜太阳能电池转化效率的双层金属超材料的制作方法

本发明涉及一种提高薄膜太阳能电池转化效率的双层金属超材料，属于太阳能电池领域。

背景技术：

普及太阳能电池是解决未来能源危机问题的理想途径。薄膜太阳能电池的吸收层厚度仅为数微米甚至数百纳米，节省了吸收层材料的使用量，可有效降低成本。然而，当太阳能电池薄膜化后，其吸收层对长波段光波的吸收效率大大降低，严重限制其光电效率的提高。

技术实现要素：

本发明公开了一种在长波段可以产生强电磁谐振的金属超材料结构，同时覆盖在薄膜太阳能电池半导体吸收层的上表面和下表面，分别与半导体材料形成界面接触。基于表面等离激元理论，以及超材料电磁特性可人为调控的独特优势，通过调整金属超材料单元结构的尺寸、形状，在半导体吸收层中产生强电磁谐振。利用超材料的场增强及光聚焦效应，增强薄膜电池吸收层对入射光的吸收、减少出射面的光透射，达到提高薄膜太阳能电池转化效率的目的。经过电磁仿真软件计算，该单元结构的尺寸在1微米至0.01微米之间。

置于半导体吸收层上表面的二维周期性对称的金属超材料，起到光栅效应。通过光栅的衍射干涉，可以有效的减少薄膜表面的光反射，增加有效的入射光场。能够让更多的光进入到吸收层中，减少光在电池入射表面的第一次反射，提高薄膜太阳电池的光子吸收，提高薄膜太阳能电池的吸收效率。

置于半导体吸收层下表面的二维周期性对称的金属超材料，起到陷光效应。对于吸收层较薄的薄膜太阳能电池，该结构可以将未被充分吸收的光子限制在吸收层内，减少出射面的光透射。

金属超材料的单元结构之间是有金属细线连接的。因此，金属超材料可以直接用作薄膜太阳能电池的电极。

双层金属超材料相结合，相辅相成，该复合结构可以提高太阳能电池的转化效率。

附图说明

图1是一种提高薄膜太阳能电池转化效率的双层金属超材料的结构示意图。

图2是cdte/cds薄膜太阳能电池植入梯形截面的双层银超材料的结构示意图。

具体实施方式

本实施例以在cdte/cds薄膜太阳能电池中植入梯形截面的双层银超材料为例。

在本实施例中，超材料结构的材质选用金属银。超材料单元结构的截面呈梯形。单元结构的上底长度为0.3微米，上底宽度为0.3微米，下底长度为0.2微米，下底宽度为0.2微米，高度为0.3微米。单元结构之间有金属银线连接，银线宽度为0.03微米。以cdte/cds薄膜太阳能电池为对象，在吸收层的上、下表面分别覆盖此结构的超材料。cdte/cds薄膜太阳能电池植入梯形截面的双层银超材料的结构示意图如图2所示，其中(a)为侧视图，(b)为俯视图。

技术特征：

1.一种提高薄膜太阳能电池转化效率的双层金属超材料，其特征在于用金属构成超材料，覆盖在薄膜太阳能电池的吸收层上，用于提高薄膜太阳能电池的吸收效率。

2.如权利要求1所述的一种提高薄膜太阳能电池转化效率的双层金属超材料，其特征在于该结构包括双层超材料，分别覆盖在薄膜太阳能电池吸收层的上表面和下表面。

3.如权利要求1所述的一种提高薄膜太阳能电池转化效率的双层金属超材料，其特征在于超材料单元结构的长度、宽度及厚度的尺寸在1微米至0.01微米之间。

4.如权利要求1所述的一种提高薄膜太阳能电池转化效率的双层金属超材料，其特征在于超材料单元结构之间是有金属线连接的，可以直接用作太阳能电池的电极。

技术总结
本发明公开一种提高薄膜太阳能电池转化效率的双层金属超材料，属于太阳能电池领域。其特征在于该结构的金属超材料同时覆盖在太阳能电池半导体吸收层的上表面和下表面，分别与半导体材料形成界面接触。通过调整金属超材料单元结构的尺寸、形状，在半导体吸收层中产生强电磁谐振，增强薄膜电池吸收层对入射光的吸收、减少出射面的光透射，达到提高薄膜太阳能电池转化效率的目的。该单元结构的尺寸在1微米至0.01微米之间。

技术研发人员：张建新;刘俊星
受保护的技术使用者：嘉兴学院
技术研发日：2019.07.04
技术公布日：2019.11.22