一种宽光谱晶体硅太阳能电池结构的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种宽光谱晶体硅太阳能电池结构，由上至下依次包括正面电极、正面减反射膜及钝化膜、晶体硅片、背面减反射膜/钝化膜及背面电极，正面电极与正面减反射膜及钝化膜之间设置有下转换材料薄膜和/或背面减反射膜/钝化膜与背面电极之间设置有上转换材料薄膜。本发明通过上转换材料薄膜或/和下转换材料薄膜使晶硅电池无法利用的部分红外光与紫外光分别发生蓝移和红移，扩大了晶体硅太阳能电池的光谱利用范围，使晶硅电池的转换效率大幅提升、生产成本显著降低。
【专利说明】
一种宽光谱晶体硅太阳能电池结构
技术领域
[0001]本发明属于太阳能电池技术领域，尤其涉及一种宽光谱晶体硅太阳能电池结构。
【背景技术】
[0002]自1954年第一块太阳能电池在贝尔实验室诞生以来，晶体硅太阳能电池得到了广泛的应用，转换效率不断提升，生产成本持续下降。目前，晶体硅太阳能电池占太阳能电池全球市场总额的80%以上，晶体硅电池片的产线转换效率目前已突破20%，全球年新增装机容量约50GW且增速明显，与火力发电的度电成本不断缩小，在未来几年有望与之持平。晶体硅太阳能电池作为一种清洁能源在改变能源结构、缓解环境压力等方面的重要作用日益凸显。
[0003]晶体硅太阳能电池要想继续保持竞争力、获得更大的发展与应用，必须进一步提高转换效率，同时降低生产成本。构成晶体硅太阳能电池的核心材料硅，是一种间接吸收的窄带隙半导体，无法利用IlOOnm以上波长的红外光。此外，由于表面的缺陷及高少子复合速率，400nm以下波长的紫外光也不能很好的利用。所以晶硅太阳能电池可利用的光谱范围集中在400?IlOOnm之间，大部分的太阳光无法转换为电能，这使得晶硅太阳能电池的理论效率极限仅为30%。在晶硅电池的转换效率不断逼近效率极限的情况下，进一步大幅提升转换效率所需的成本愈来愈高，比如多结电池、多激子产生太阳能电池、空间分割量子裁剪太阳能电池等，这些技术虽然突破了晶硅电池的效率极限，但复杂的制备流程及高昂成本使其基本上局限于实验室。
[0004]近年来，上转换材料和下转换材料在光伏电池中的应用日益受到重视，将其应用于晶硅太阳电池，通过改变到达PN结附近的光谱分布，使之与晶硅太阳能电池的光谱响应更加匹配，从而大幅提升电池的转换效率。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供了一种宽光谱晶体硅太阳能电池结构，通过上转换材料薄膜或/和下转换材料薄膜使晶硅电池无法利用的部分红外光与紫外光分别发生蓝移和红移，扩大了晶体硅太阳能电池的光谱利用范围，使晶硅电池的转换效率大幅提升、生产成本显著降低。
[0006]为实现上述目的，本发明采用以下技术方案:
[0007]—种宽光谱晶体硅太阳能电池结构，其特征在于，包括电池正面、晶体硅片及电池背面；电池正面和/或电池背面设置有转换材料薄膜，其中，当转换材料薄膜设置在电池正面时，电池正面设置下转换材料薄膜，下转换材料薄膜设置在正面电极与正面减反射膜及钝化膜之间；当转换材料薄膜设置在电池背面时，电池背面设置上转换材料薄膜，上转换材料薄膜设置在背面减反射膜/钝化膜与背面电极之间。
[0008]所述的晶体娃片为P型或者N型的单晶娃片、P型或者N型的多晶娃片；
[0009]下转换材料薄膜与上转换材料薄膜的材料为不同的稀土或过渡金属掺杂卤化物、氧化物或硫化物。
[0010]下转换材料薄膜与上转换材料薄膜厚度为50?lOOOnm。
[0011]正面电极和背面电极为相同或不同的电极结构，所述的电极结构为金属电极、透明导电膜电极或金属与透明导电膜组合电极。
[0012]正面金属电极穿透下转换材料薄膜及正面减反射膜及钝化膜与硅基体形成欧姆接触;背面金属电极穿透上转换材料薄膜及背面减反射膜/钝化膜与硅基体形成欧姆接触。
[0013]金属电极为银电极、铝电极、镍电极、铜电极、合金电极或金属复合电极。
[0014]减反射膜为氮化硅薄膜、氧化硅薄膜、氮氧化硅薄膜、碳化硅薄膜和氧化钛薄膜中的一种或多种叠层构成，厚度为50?10nm;钝化膜为氮化娃薄膜、氧化娃薄膜、氮氧化娃薄膜、氧化铝薄膜和非晶硅薄膜中的一种或多种叠层构成，厚度为5?50nm。
[0015]与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果:
[0016]本发明通过上转换材料薄膜或/和下转换材料薄膜使晶硅电池无法利用的部分红外光与紫外光分别发生蓝移和红移，扩大了晶体硅太阳能电池的光谱利用范围，使晶硅电池的转换效率大幅提升、生产成本显著降低。
【附图说明】
[0017]图1是将下转换材料薄膜应用于电池正面的局部剖面示意图；
[0018]图2是将上转换材料薄膜应用于电池背面的局部剖面示意图。
[0019]图中，I为下转换材料，2为正面减反射膜及钝化膜;3为正面金属栅线;4为晶体硅片;5为背面金属栅线，6为背面减反射膜/钝化膜，7为上转换材料薄膜。
【具体实施方式】
[0020]以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
[0021]本发明一种宽光谱晶体硅太阳能电池结构，在晶体硅电池正面或/和背面的减反射膜/钝化膜上制备有下转换材料或/和上转换材料薄膜，用于扩大晶硅太阳能电池的光谱利用范围。如图1所示，电池的正面结构为晶体硅片4正面设置正面减反射膜及钝化膜2，正面减反射膜及钝化膜2上设置有下转换材料薄膜1，下转换材料薄膜I上设置正面电极;如图2所示，电池的背面结构为晶体硅片4背面设置背面减反射膜/钝化膜6，背面减反射膜/钝化膜6上设置有上转换材料薄膜7，上转换材料薄膜7上设置背面电极。
[0022]其中，下转换材料I与上转换材料7为不同的稀土或过渡金属掺杂卤化物、氧化物和硫化物，转换材料薄膜通过化学气相沉积、纳/微米粉末喷涂、胶体旋涂、浸渍提拉等方法制备。
[0023]晶体娃片4可以是P型或者N型的单晶娃片、多晶娃片。
[0024]电极可以是金属电极、透明导电膜电极、金属与透明导电膜组合电极等。
[0025]上述电池结构制备方法包括下述步骤:
[0026]I)晶体硅片4经过制绒、扩散、刻蚀、沉积钝化膜及减反射膜等工序处理，随后晶硅电池的制作按如下步骤。
[0027]2)在正面或/和背面的减反射膜/钝化膜上分别制备下转换材料薄膜或/和上转换材料薄膜。厚度在50?100nm之间。制备的方法可以采用:化学气相沉积、纳/微米粉末喷涂、胶体旋涂、浸渍提拉等。
[0028]3)在正面和背面制作电极，制备的方法可以采用:丝网印刷、蒸镀、溅射、气相沉积、喷涂、旋涂等。
[0029]4)在300?900 °C下进行热处理，形成良好的欧姆接触。
[0030]下面结合具体实施例对本发明做进一步说明:
[0031]实施例1:
[0032](I)P型单晶硅片4经过制绒、扩散、刻蚀、沉积钝化膜及减反射膜等工序处理。
[0033](2)在正面的减反射膜2上采用纳米粉体喷涂的方法制备Eu3+掺杂YVO4下转换材料薄膜1，厚度为200nmo
[0034](3)在背面的减反射膜5或硅基体4上采用纳米粉体喷涂的方法制备Yb3+和Er3+共掺杂NaYF4上转换材料薄膜，厚度为200nm。
[0035](4)在正面和背面印刷特殊的银、铝浆料。
[0036](5)在300?900 °C下进行热处理，银浆与铝浆穿透转换材料膜及减反射膜与硅基体形成良好的欧姆接触。
[0037]实施例2:
[0038](I)P型单晶硅片4经过制绒、扩散、刻蚀、沉积钝化膜及减反射膜等工序处理。
[0039](2)在正面的减反射膜2上采用气相沉积的方法制备Bi3+和Sm3+共掺杂YVO4下转换材料薄膜1，厚度为500nmo
[0040](3)在背面的减反射膜6或硅基体4上采用气相沉积的方法制备Yb3+和Er3+共掺杂T12上转换材料薄膜7，厚度为500nm。
[0041](4)在正面和背面制作透明导电膜/金属复合电极。
[0042]实施例3:
[0043](I)P型多晶硅片4经过制绒、扩散、刻蚀、沉积钝化膜及减反射膜、制作背面电极等工序处理。
[0044](2)在正面的减反射膜2上采用胶体旋涂的方法制备Eu3+掺杂YVO4下转换材料薄膜I，厚度为100nm0
[0045](3)在正面进行激光开孔，随后在开孔处蒸镀金属电极，并进行退火处理。
[0046]实施例4:
[0047](I)P型多晶硅片4经过制绒、扩散、刻蚀、沉积钝化膜及减反射膜、制作正面电极等工序处理。
[0048](2)在背面的减反射膜6或硅基体5上采用溅射的方法制备Tm3+掺杂S12上转换材料薄膜7，厚度为lOOOnm。
[0049](3)在背面进行激光开孔，随后在开孔处蒸镀金属电极，并进行退火处理。
[0050]以上所述仅为本发明的一种实施方式，不是全部或唯一的实施方式，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。
【主权项】
1.一种宽光谱晶体硅太阳能电池结构，其特征在于，包括电池正面、晶体硅片(4)及电池背面；电池正面和/或电池背面设置有转换材料薄膜，其中，当转换材料薄膜设置在电池正面时，电池正面设置下转换材料薄膜(I)，下转换材料薄膜(I)设置在正面电极与正面减反射膜及钝化膜(2)之间；当转换材料薄膜设置在电池背面时，电池背面设置上转换材料薄膜(7)，上转换材料薄膜(7)设置在背面减反射膜/钝化膜(6)与背面电极之间。2.根据权利要求1所述的一种宽光谱晶体硅太阳能电池结构，其特征在于，所述的晶体娃片(4)为P型或者N型的单晶娃片、P型或者N型的多晶娃片。3.根据权利要求1所述的一种宽光谱晶体硅太阳能电池结构，其特征在于，下转换材料薄膜(I)与上转换材料薄膜(7)的材料为不同的稀土或过渡金属掺杂卤化物、氧化物或硫化物。4.根据权利要求1所述的一种宽光谱晶体硅太阳能电池结构，其特征在于，下转换材料薄膜(I)与上转换材料薄膜(7)厚度为50?lOOOnm。5.根据权利要求1所述的一种宽光谱晶体硅太阳能电池结构，其特征在于，正面电极和背面电极为相同或不同的电极结构，所述的电极结构为金属电极、透明导电膜电极或金属与透明导电膜组合电极。6.根据权利要求5所述的一种宽光谱晶体硅太阳能电池结构，其特征在于，正面金属电极穿透下转换材料薄膜(I)及正面减反射膜及钝化膜(2)与硅基体形成欧姆接触;背面金属电极穿透上转换材料薄膜(7)及背面减反射膜/钝化膜(6)与硅基体形成欧姆接触。7.根据权利要求5所述的一种宽光谱晶体硅太阳能电池结构，其特征在于，金属电极为银电极、铝电极、镍电极、铜电极、合金电极或金属复合电极。8.根据权利要求1所述的一种宽光谱晶体硅太阳能电池结构，其特征在于，其特征在于，减反射膜为氮化硅薄膜、氧化硅薄膜、氮氧化硅薄膜、碳化硅薄膜和氧化钛薄膜中的一种或多种叠层构成，厚度为50?10nm;钝化膜为氮化娃薄膜、氧化娃薄膜、氮氧化娃薄膜、氧化铝薄膜和非晶硅薄膜中的一种或多种叠层构成，厚度为5?50nm。
【文档编号】H01L31/055GK105845767SQ201610237662
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年4月15日
【发明人】赵科雄, 李华
【申请人】乐叶光伏科技有限公司