CN102364691A - 具有上/下转换发光结构的晶体硅太阳能电池及制备方法 - Google Patents

具有上/下转换发光结构的晶体硅太阳能电池及制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN102364691A
CN102364691A CN2011103188409A CN201110318840A CN102364691A CN 102364691 A CN102364691 A CN 102364691A CN 2011103188409 A CN2011103188409 A CN 2011103188409A CN 201110318840 A CN201110318840 A CN 201110318840A CN 102364691 A CN102364691 A CN 102364691A
Authority
CN
China
Prior art keywords
battery
crystal silicon
luminescent material
conversion luminescent
layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN2011103188409A
Other languages
English (en)
Inventor
竺立强
张洪亮
肖惠
万青
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ningbo Institute of Material Technology and Engineering of CAS
Original Assignee
Ningbo Institute of Material Technology and Engineering of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ningbo Institute of Material Technology and Engineering of CAS filed Critical Ningbo Institute of Material Technology and Engineering of CAS
Priority to CN2011103188409A priority Critical patent/CN102364691A/zh
Publication of CN102364691A publication Critical patent/CN102364691A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/52—PV systems with concentrators
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

本发明公开了一种具有上/下转换发光结构的晶体硅太阳能电池及其制备方法，该晶体硅太阳能电池在晶体硅片背表面钝化层的表面增加由上转换发光材料构成的薄膜层或/和由下转换发光材料构成的薄膜层，在该薄膜层表面制备由氮化硅、氮化铝、氧化硅或氧化铝构成的保护层，从而形成对上/下转换发光材料的包覆结构，一方面将没有被晶体硅太阳能电池有效利用的传到电池背表面的太阳光通过上转换发光过程或/和下转换发光过程调整到能够被晶体硅电池有效利用的可见光，另一方面有效避免对电池前表面的光谱响应产生负面影响，因此能够有效提高电池的光电转化效率，在高效晶体硅电池领域具有广阔的应用前景。

Description

具有上/下转换发光结构的晶体硅太阳能电池及制备方法
技术领域
本发明涉及晶体硅太阳能电池技术领域，具体涉及一种具有上/下转换发光结构的晶体硅太阳能电池及其制备方法。
背景技术
随着人类历史进入二十一世纪，能源危机和环境污染已经成为制约人类文明健康发展的全球问题，开发可靠安全的绿色能源已经成为解决危机的主要方法之一，在这一背景下，世界各国对新能源技术开发的投入日益增多。
太阳能电池作为清洁能源利用的最重要方式之一，近年来得到了快速发展。在太阳能电池应用中，晶体硅太阳能电池的技术相对成熟并且原材料充足，占据了光伏市场80％以上的市场份额，预计在未来的10～20年内依然是光伏市场的主流。然而，太阳能电池的综合成本还远远高于传统能源的成本，其推广应用还存在严重瓶颈，如果失去积极财政政策的支持，光伏产业的发展将受到严重影响。因此，降低太阳能电池生产成本、提高电池光电转化效率显得尤为重要。
从电池的生产成本考虑，一方面要求电池材料能够方便获得并尽量减少材料的使用量，另一方面需要减小电池生产工艺的复杂度，降低工艺温度。从太阳光利用率角度考虑，需要通过适当的电池结构和材料设计提高电池对太阳光的吸收率。在有效利用光生载流子方面，需要增加光生载流子的扩散长度，减少光生载流子被电极收集前的复合。
在晶体硅太阳能电池应用中，由于电池成本缩减的需求，作为晶体硅太阳能电池材料的晶体硅片的厚度不断变小，电池的光电转换效率也越来越受到晶体硅片厚度的影响。一方面，由于晶体硅为间接带隙半导体，它对太阳光的吸收率比较小，随着晶体硅片厚度的减小，越来越多的光子将传到晶体硅片的背部，电池的光谱响应将受到严重影响。第二方面，随着晶体硅片厚度的减小，电池效率越来越受电池表面的电子空穴复合速率的影响；现有晶体硅太阳能电池主要采用前表面绒面结构结合氮化硅减反膜来提高入射光的利用率，同时采用丝网印刷铝背场来减小背表面的复合速率，其中前表面氮化硅兼具前表面钝化及减反射的双重效果，而Al背场兼具背表面钝化和背部电流收集功能；但是，丝网印刷工艺得到的铝背场(Al-BSF)的背表面钝化效果非常有限，光生载流子在背表面的扩散长度比较短，背表面的复合速率也比较高；另外，随着晶体硅片厚度的减小，烧结工艺容易导致晶体硅片的弯曲变形，影响电池的成品率。第三方面，由于晶体硅的光学带隙为1.1eV左右，与太阳光谱的匹配性比较差，能量小于1.1eV的太阳光子不能被电池利用，而能量大于1.1eV的光子被材料吸收后部分能量将转化为晶格振动能，两项能量损失累计占太阳光谱能量的约50％左右。
为了改善电池的光谱响应，人们将下转换发光材料沉积于晶体硅太阳能电池的上表面，但是这一技术方案也有很多不足。其中最重要的负面因素是这种技术方案严重影响了电池前表面的光谱特性，而且当入射光子在经过下转换发光过程后，发出的光子将向多个方向运动，极大地限制了晶体硅太阳能电池光电转换效率的提高。
因此，随着晶体硅片厚度的减小，如何有效地提高晶体硅太阳能电池的光电转换效率，已经成为高效晶体硅太阳能电池研究开发的一个重要课题。
发明内容
本发明的技术目的是针对上述技术现状，提出一种具有上/下转换发光结构的晶体硅太阳能电池及其制备方法，该晶体硅太阳能电池能够在不影响电池前表面光谱特性的基础上改善电池的光谱响应，提高电池的光电转化效率。
本发明实现上述技术目的所采用的技术方案为：一种具有上/下转换发光结构的晶体硅太阳能电池，包括经清洗、制绒、扩散处理的晶体硅片、位于晶体硅片前表面的钝化层、位于晶体硅片背表面的钝化层以及金属电极，其特征是：所述的晶体硅片背表面钝化层的表面是由上转换发光材料构成的薄膜层，或者是由下转换发光材料构成的薄膜层，或者是由上转换发光材料构成的薄膜层与下转换发光材料构成的薄膜层的复合薄膜层，在所述的薄膜层或者复合薄膜层的表面是由氮化硅、氮化铝、氧化硅或氧化铝构成的保护层。
上述技术方案中，上转换发光材料是具有上转换发光性能的功能材料，即能够将不能被电池吸收的红外光子转换为能够被电池有效吸收的可见光子，任何具有该种功能的上转换发光材料均可实现本技术方案所要解决的技术问题，例如(SiO2)x(TiO2)1-x:Er3+或NaYF4:Er3+。
下转换发光材料是具有下转换发光性能的功能材料，即能够将还未被电池吸收的传到电池背面的紫外光子转换为能够被电池有效吸收的可见光子，任何具有该种功能的下转换发光材料均可实现本技术方案所要解决的技术问题，例如Y3Al5O12:Nd3+/Ce3+或LiGdF4:Eu3+。
晶体硅片前表面的钝化层包括但不限于氮化硅(SiNx)钝化层。晶体硅片背表面的钝化层包括但不限于氧化铝(Al2O3)钝化层。
如图1所示，本发明涉及一种具有上/下转换发光结构的晶体硅太阳能电池的制备方法包括如下步骤：利用现有的制备晶体硅太阳能电池的方法将晶体硅片进行清洗、制绒、扩散处理，然后在晶体硅片的前、背表面分别制备表面钝化层，接着在晶体硅片背表面钝化层上制备由上转换发光材料构成的薄膜层、或者是由下转换发光材料构成的薄膜层、或者是由上转换发光材料构成的薄膜层与下转换发光材料构成的薄膜层的复合薄膜层，最后在该薄膜层或者复合薄膜层表面制备由氮化硅、氮化铝、氧化硅或氧化铝构成的保护层。
上述制备方法中，所述的钝化层、薄膜层或者复合薄膜层的制备技术包括但不限于现有的化学气相沉积技术、增强化学气相沉积技术(PECVD)、磁控溅射技术，脉冲激光沉积技术或者溶胶-凝胶或喷涂技术。
上述制备方法中，可以采用激光或光刻工艺在保护层上刻蚀出局部电接触区域，结合溅射、蒸镀、丝网印刷工艺或电镀工艺得到前、背接触电极，完成电池制作。
本发明提供了一种新型的晶体硅太阳能电池结构，该晶体硅太阳能电池在晶体硅片背表面钝化层的表面增加了由上转换发光材料构成的薄膜层或/和由下转换发光材料构成的薄膜层，在该薄膜层表面制备氮化硅、氮化铝、氧化硅或氧化铝保护层，从而形成对上下转换发光材料的包覆结构，将传到电池背表面的没有被晶体硅太阳能电池有效利用的红外光子通过上转换发光过程转换为能够被电池利用的光子，或/和将传到电池背表面的没有被电池有效利用的紫外光子通过下转换发光过程转换为能够被电池利用的光子，与现有的将下转换材料沉积于晶体硅太阳能电池的上表面的技术相比，具有如下有益效果：
(1)上转化发光材料或/和下转化发光材料制备于电池的背表面，对电池在前表面的光谱响应不会有负面影响；
(2)本发明中，晶体硅片背表面采用背表面介质钝化层、位于钝化层表面的由上转化发光材料或/和下转化发光材料构成的薄膜层，位于该薄膜层表面的保护层以及金属背电极的结构，构成了对上转化发光材料或/和下转化发光材料的包覆结构，一方面极大地减小了光生载流子在背表面的复合速率，另一方面使入射的太阳光子经过上/下转换发光过程后，产生的能够被电池有效吸收的光子将在该上转化发光材料或/和下转化发光材料构成的薄膜层与金属背电极，即背介质/金属结构上再次反射进入电池，从而有效提高了入射光子的利用率；
(3)随着晶体硅片厚度的减小，越来越多的太阳光子传输到电池的背表面，并通过上/下转换发光过程被调整为能够被电池有效利用的光子，从而有效改善了太阳光的利用率。
因此，本发明提供的具有上/下转换发光结构的晶体硅太阳能电池能够在不影响电池前表面光谱特性的基础上改善电池的光谱响应，提高电池的光电转化效率，在高效晶体硅太阳能电池领域具有广阔的应用前景。
附图说明
图1是本发明具有上/下转换发光结构的晶体硅太阳能电池制备方法示意图；
图2是本发明实施例中背表面开孔点阵图形；
图3是本发明实施例中p型晶体硅片前表面电极线图形及n型晶体硅片前、背表面电极线图形。
具体实施方式
下面对本发明作进一步详细描述，需要指出的是，以下所述实施例旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。
实施例1：
本实施例中，晶体硅太阳能电池的结构中，包括经清洗、制绒、扩散处理的p型单晶硅片、位于该p型单晶硅片前表面的氮化硅(SiNx)钝化层、位于该p型单晶硅片背表面的氧化铝(Al2O3)钝化层以及金属电极，其中，背表面的Al2O3钝化层的表面是由(SiO2)x(TiO2)1-x:Er3+上转换发光材料构成的薄膜层，该薄膜层的表面是由氮化硅(SiNx)构成的保护层。
上述晶体硅太阳能电池的制备方法如下：
步骤1：按照现有晶体硅太阳能电池的制备工艺，将p型单晶硅片清洗与绒面制作后进行扩散制备PN结，使p型单晶硅片的上表面形成n型发射极表面，然后二次清洗去除表面污染层以及等离子刻蚀去边；
步骤2：采用PECVD技术在该p型单晶硅片的n型发射极表面制备SiNx减反射层，该SiNx减反射层兼具前表面钝化及减反射的双重效果；
步骤3：采用丝网印刷工艺在p型单晶硅片的前表面丝网印刷如图3所示银浆栅线，通过高温烧结工艺形成前栅电极；
步骤4：采用PECVD技术在p型单晶硅片的背表面制备Al2O3钝化层，然后在该Al2O3钝化层表面通过溅射技术制备一层(SiO2)x(TiO2)1-x:Er3+薄膜层，接着在该薄膜层表面继续制备一层SiNx作为保护层；
步骤5：通过蒸镀方法在SiNx保护层表面沉积金属铝(Al)层，厚度为4μm，并采用波长为532nm的绿色激光，按图2所示点阵图，在覆盖有Al层的SiNx保护层上进行激光烧蚀，从而使Al直接在硅表面形成局部点接触式电极，点阵间距为1.5mm；
步骤6：对电池片在300℃下进行退火处理，以提高金属电极的接触性能，完成电池制作。
上述制备得到的电池能够将传到电池背表面的没有被电池有效利用的红外光子通过包覆在背表面Al2O3钝化层与SiNx保护层间的上转换发光材料进行上转换发光过程转换为能够被电池利用的光子，有效提高了电池的光电转换效率，另外，该位于背表面的上转换发光材料的包覆结构能够避免对电池前表面的光谱响应产生的负面影响。
实施例2：
本实施例中，晶体硅太阳能电池的结构中，包括经清洗、制绒、扩散处理的p型多晶硅片、位于该p型多晶硅片前表面的氮化硅(SiNx)钝化层、位于该p型多晶硅片背表面的氧化铝(Al2O3)钝化层以及金属电极，其中，背表面的Al2O3钝化层的表面是由NaYF4:Er3+上转换发光材料构成的薄膜层，该薄膜层的表面是由氮化铝(AlNx)构成的保护层。
上述晶体硅太阳能电池的制备方法如下：
步骤1：按照现有晶体硅太阳能电池的制备工艺，将p型多晶硅片清洗与绒面制作后进行扩散制备PN结，使p型多晶硅片的上表面形成n型发射极表面，然后二次清洗去除表面污染层以及等离子刻蚀去边；
步骤2：采用PECVD技术在该p型多晶硅片的n型发射极表面制备SiNx减反射层，该SiNx减反射层兼具前表面钝化及减反射的双重效果；
步骤3：采用PECVD技术在该p型多晶硅片的背表面制备Al2O3钝化层，然后通过溶液法制备NaYF4:Er3+纳米晶颗粒，然后将该纳米晶颗粒通过旋涂的方法制备于Al2O3钝化层表面形成一层NaYF4:Er3+薄膜层，接着在该薄膜层表面继续制备一层AlNx作为保护层；
步骤4：采用波长为1064nm的红色激光，按图2所示点阵图，在电池背面进行图形化开孔，孔间距为1mm；
步骤5：通过丝网印刷工艺在电池前表面丝网印刷如图3所示银浆栅线，在电池背表面丝网印刷铝浆及背银电极；
步骤6：通过高温烧结工艺形成前栅电极及背点接触式电极，完成电池制作。
上述制备得到的电池能够将传到电池背表面的没有被电池有效利用的红外光子通过包覆在背表面Al2O3钝化层与AlNx保护层间的上转换发光材料进行上转换发光过程转换为能够被电池利用的光子，有效提高了电池的光电转换效率，另外，该位于背表面的上转换发光材料的包覆结构能够避免对电池前表面的光谱响应产生的负面影响。
实施例3：
本实施例中，晶体硅太阳能电池的结构中，包括经清洗、制绒、扩散处理的p型单晶硅片、位于该p型单晶硅片前表面的氮化硅(SiNx)钝化层、位于该p型单晶硅片背表面的氧化铝(Al2O3)钝化层以及金属电极，其中，背表面的Al2O3钝化层的表面是由LiGdF4:Eu3+下转换发光材料构成的薄膜层，该薄膜层的表面是由氮化铝(AlNx)构成的保护层。
上述晶体硅太阳能电池的制备方法如下：
步骤1：按照现有晶体硅太阳能电池的制备工艺，将p型单晶硅片清洗与绒面制作后进行扩散制备PN结，使p型单晶硅片的前表面形成n型发射极表面，然后二次清洗去除表面污染层以及等离子刻蚀去边；
步骤2：采用PECVD技术在该p型单晶硅片的n型发射极表面制备SiNx减反射层，该SiNx减反射层兼具前表面钝化及减反射的双重效果；
步骤3：采用丝网印刷工艺在电池前表面丝网印刷如图3所示银浆栅线，通过高温烧结工艺形成前栅电极；
步骤4：采用PECVD技术在该p型单晶硅片的背表面制备Al2O3钝化层，然后在该Al2O3钝化层表面通过溶胶-凝胶方法制备一层LiGdF4:Eu3+薄膜层，接着在该薄膜层表面继续制备一层AlNx作为保护层；
步骤5：通过溅射方法在该AlNx保护层表面沉积Al层，厚度为2μm，并采用波长为1064nm的红色激光，按图2所示点阵图，在覆盖有Al的AlNx保护层上进行激光烧蚀从而使Al直接在硅表面形成局部点接触式电极，点阵间距为0.5mm；
步骤6：对电池片在350℃下进行退火处理，提高金属电极的接触性能，完成电池制作。
上述制备得到的电池能够将传到电池背表面的还没有被电池有效利用的紫外光子通过包覆在背表面Al2O3钝化层与AlNx保护层间的下转换发光材料进行下转换发光过程转换为能够被电池再次利用的光子，有效提高了电池的光电转换效率，另外，该位于背表面的下转换发光材料的包覆结构能够避免对电池前表面的光谱响应产生的负面影响。
实施例4：
本实施例中，晶体硅太阳能电池的结构中，包括经清洗、制绒、扩散处理的p型多晶硅片、位于该p型多晶硅片前表面的氮化硅(SiNx)钝化层、位于该p型多晶硅片背表面的氧化铝(Al2O3)钝化层以及金属电极，其中，背表面的Al2O3钝化层的表面是由Y3Al5O12:Nd3+/Ce3+下转换发光材料构成的薄膜层，以及其表面的由NaYF4:Er3+上转换发光材料构成的薄膜层组成的复合薄膜层，该复合薄膜层的表面是由氮化硅(SiNx)构成的保护层。
上述晶体硅太阳能电池的制备方法如下：
步骤1：按照现有晶体硅太阳能电池的制备工艺，将p型多晶硅片清洗与绒面制作后进行扩散制备PN结，使p型多晶硅片的前表面形成n型发射极表面，然后二次清洗去除表面污染层以及等离子刻蚀去边；
步骤2：采用PECVD技术在该p型多晶硅片的n型发射极表面制备SiNx减反射层，该SiNx减反射层兼具前表面钝化及减反射的双重效果；
步骤3：采用丝网印刷工艺在电池前表面丝网印刷如图3所示银浆栅线，通过高温烧结工艺形成前栅电极；
步骤4：采用PECVD技术在该p型多晶硅片的背表面制备Al2O3钝化层，然后在该Al2O3钝化层表面通过溶胶-凝胶方法制备一层Y3Al5O12:Nd3+/Ce3+薄膜层，接着在该薄膜层表面通过溶胶-凝胶方法制备一层NaYF4:Er3+薄膜层，构成复合薄膜层，然后在该复合薄膜层表面继续制备一层SiNx作为保护层；
步骤5：通过蒸镀方法在该SiNx保护层表面沉积Al层，厚度为2μm，并采用波长为1064nm的红色激光，按图2所示点阵图，在覆盖有Al的SiNx保护层上进行激光烧蚀从而使Al直接在硅表面上形成局部点接触式电极，点阵间距为0.8mm；
步骤6：对电池片在350℃下进行退火处理，提高金属电极的接触性能，完成电池制作。
上述制备得到的电池能够将传到电池背表面的还没有被电池有效利用的紫外光子通过包覆在背表面Al2O3钝化层与SiNx保护层间的下转换发光材料进行下转换发光过程转换为能够被电池再次利用的光子，将传到电池背表面的没有被电池有效利用的红外光子通过包覆在背表面Al2O3钝化层与SiNx保护层间的上转换发光材料进行上转换发光过程转换为能够被电池利用的光子，有效提高了电池的光电转换效率，另外，该位于背表面的下转换发光材料与上转换发光材料的包覆结构能够避免对电池前表面的光谱响应产生的负面影响。
实施例5：
本实施例中，晶体硅太阳能电池的结构中，包括经清洗、制绒、扩散处理的p型单晶硅片、位于该p型单晶硅片前表面的氮化硅(SiNx)钝化层、位于该p型单晶硅片背表面的氧化铝(Al2O3)钝化层以及金属电极，其中，背表面的Al2O3钝化层的表面是由NaYF4:Er3+上转换发光材料构成的薄膜层，以及其表面的由Y3Al5O12:Nd3+/Ce3+下转换发光材料构成的薄膜层组成的复合薄膜层，该复合薄膜层的表面是由氮化硅(SiNx)构成的保护层。
上述晶体硅太阳能电池的制备方法如下：
步骤1：按照现有晶体硅太阳能电池的制备工艺，将p型单晶硅片清洗与绒面制作后进行扩散制备PN结，使p型单晶硅片的前表面形成n型发射极表面，然后二次清洗去除表面污染层以及等离子刻蚀去边；
步骤2：采用PECVD技术在该p型单晶硅片的n型发射极表面制备SiNx减反射层，该SiNx减反射层兼具前表面钝化及减反射的双重效果；
步骤3：采用丝网印刷工艺在电池前表面丝网印刷如图3所示银浆栅线，通过高温烧结工艺形成前栅电极；
步骤4：采用PECVD技术在该p型单晶硅片的背表面制备Al2O3钝化层，然后在该Al2O3钝化层表面通过溶胶-凝胶方法制备一层NaYF4:Er3+薄膜层，接着在该薄膜层表面通过溅射技术制备一层Y3Al5O12:Nd3+/Ce3+薄膜层，构成复合薄膜层，然后在该复合薄膜层表面继续制备一层SiNx作为保护层；
步骤5：通过蒸镀方法在该SiNx保护层表面沉积Al层，厚度为2um，并采用波长为1064nm的红色激光，按图2所示点阵图，在覆盖有Al的SiNx保护层上进行激光烧蚀从而使Al直接在硅表面上形成局部点接触式电极，点阵间距为1mm；
步骤6：对电池片在350℃下进行退火处理，提高金属电极的接触性能，完成电池制作。
上述制备得到的电池能够将传到电池背表面的没有被电池有效利用的红外光子通过包覆在背表面Al2O3钝化层与SiNx保护层间的上转换发光材料进行上转换发光过程转换为能够被电池利用的光子，将传到电池背表面的还没有被电池有效利用的紫外光子通过包覆在背表面Al2O3钝化层与SiNx保护层间的下转换发光材料进行下转换发光过程转换为能够被电池再次利用的光子，有效提高了电池的光电转换效率，另外，该位于背表面的上转换发光材料与下转换发光材料的包覆结构能够避免对电池前表面的光谱响应产生的负面影响。
实施例6：
本实施例中，晶体硅太阳能电池的结构中，包括经清洗、制绒、扩散处理的n型单晶硅片、位于该n型单晶硅片前表面的含硼的氮化硅(SiNx)钝化层、位于该n型单晶硅片背表面的含磷的氮化硅(SiNx)钝化层以及金属电极，其中，背表面含磷的SiNx钝化层的表面是由NaYF4:Er3+上转换发光材料构成的薄膜层，该薄膜层的表面是由氮化硅(SiNx)构成的保护层。
上述晶体硅太阳能电池的制备方法如下：
步骤1：用常规清洗方法清洗n型单晶硅片，并采用碱溶液进行绒面制作；
步骤2：把n型硅片放入PECVD反应腔内，通入硅烷、氨气及少量硼烷，在350℃的反应温度下在n型硅片的前表面沉积含硼的氮化硅，其厚度为70nm；
步骤3：把沉积有含硼氮化硅的n型硅片放在另一个PECVD反应腔内，通入硅烷、氨气及少量磷烷，在300℃的反应温度下在n型硅片的背表面上沉积含磷的氮化硅，其厚度为50nm；
步骤4：将前、背面沉积有氮化硅的n型单晶硅片进行30分钟的高温处理，温度为1000℃，形成P+NN+结构；
步骤5：在n型单晶硅片背表面的含磷的氮化硅表面通过溶胶-凝胶方法制备一层NaYF4:Er3+薄膜层，并接着在该薄膜层表面继续镀一层氮化硅(SiNx)作为保护层；
步骤6：采用波长为532nm的绿色激光，在电池的前、背表面进行选择性重掺杂，从而获得选择性硼重掺杂区域和磷重掺杂区域，掺杂区域图形如图3所示；
步骤7：通过电镀工艺，在电池前、背表面的选择性重掺杂位置上电镀锡；
步骤8：通过溅射方法在电池背表面沉积Al层，厚度为1μm，完成电池制作。
上述制备得到的电池能够将传到电池背表面的没有被电池有效利用的红外光子通过包覆在背表面含磷的氮化硅钝化层与SiNx保护层间的上转换发光材料进行上转换发光过程转换为能够被电池利用的光子，有效提高了电池的光电转换效率，另外，该位于背表面的上转换发光材料的包覆结构能够避免对电池前表面的光谱响应产生的负面影响。
以上所述的实施例对本发明的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种具有上/下转换发光结构的晶体硅太阳能电池，包括经清洗、制绒、扩散处理的晶体硅片、位于晶体硅片前表面的钝化层、位于晶体硅片背表面的钝化层以及金属电极，其特征是：所述的晶体硅片背表面钝化层的表面是由上转换发光材料构成的薄膜层，或者是由下转换发光材料构成的薄膜层，或者是由上转换发光材料构成的薄膜层与下转换发光材料构成的薄膜层的复合薄膜层，在所述的薄膜层或者复合薄膜层的表面是由氮化硅、氮化铝、氧化硅或氧化铝构成的保护层。
2.根据权利要求1所述的具有上/下转换发光结构的晶体硅太阳能电池，其特征是：所述的上转换发光材料包括(SiO2)x(TiO2)1-x:Er3+和NaYF4:Er3+。
3.根据权利要求1所述的具有上/下转换发光结构的晶体硅太阳能电池，其特征是：所述的下转换发光材料包括Y3Al5O12:Nd3+/Ce3+和LiGdF4:Eu3+。
4.根据权利要求1所述的具有上/下转换发光结构的晶体硅太阳能电池的制备方法，其特征是：包括如下步骤：
将晶体硅片进行清洗、制绒、扩散处理；然后在晶体硅片的前、背表面分别制备表面钝化层；接着在晶体硅片背表面钝化层上制备由上转换发光材料构成的薄膜层、或者是由下转换发光材料构成的薄膜层、或者是由上转换发光材料构成的薄膜层与下转换发光材料构成的薄膜层的复合薄膜层；最后在该薄膜层或者复合薄膜层表面制备氮化硅、氮化铝、氧化硅或氧化铝构成的保护层。
5.根据权利要求4所述的具有上/下转换发光结构的晶体硅太阳能电池的制备方法，其特征是：采用激光或光刻工艺在所述的保护层上刻蚀出局部电接触区域，结合溅射、蒸镀、丝网印刷工艺或电镀工艺得到前、背接触电极，完成电池制作。
CN2011103188409A 2011-10-19 2011-10-19 具有上/下转换发光结构的晶体硅太阳能电池及制备方法 Pending CN102364691A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2011103188409A CN102364691A (zh) 2011-10-19 2011-10-19 具有上/下转换发光结构的晶体硅太阳能电池及制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2011103188409A CN102364691A (zh) 2011-10-19 2011-10-19 具有上/下转换发光结构的晶体硅太阳能电池及制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN102364691A true CN102364691A (zh) 2012-02-29

Family

ID=45691249

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2011103188409A Pending CN102364691A (zh) 2011-10-19 2011-10-19 具有上/下转换发光结构的晶体硅太阳能电池及制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN102364691A (zh)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102664213A (zh) * 2012-05-10 2012-09-12 河南安彩高科股份有限公司 一种高光电转换效率的太阳能电池及制备方法
CN103378182A (zh) * 2012-04-25 2013-10-30 新日光能源科技股份有限公司 光波转换层及具有光波转换层的太阳能电池
CN104393099A (zh) * 2014-10-09 2015-03-04 浙江大学 一种四氟钇钠碘氧铋复合太阳能薄膜的制备方法
CN105070777A (zh) * 2015-07-30 2015-11-18 厦门大学 一种无稀土下转换太阳能电池及其制备方法
CN105845767A (zh) * 2016-04-15 2016-08-10 乐叶光伏科技有限公司 一种宽光谱晶体硅太阳能电池结构
CN107369733A (zh) * 2017-09-13 2017-11-21 苏州福斯特光伏材料有限公司 一种高阻水光转换太阳能电池封装材料及其制备方法
CN110246908A (zh) * 2019-07-18 2019-09-17 深圳黑晶光电科技有限公司 一种光谱下转换减反膜、制作方法及叠层太阳能电池
CN113130670A (zh) * 2021-04-20 2021-07-16 浙江师范大学 氧化铕/铂钝化接触晶体硅太阳能电池及其制备方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3394646B2 (ja) * 1995-03-27 2003-04-07 株式会社半導体エネルギー研究所 薄膜太陽電池及び薄膜太陽電池の作製方法
US20060231781A1 (en) * 2005-04-19 2006-10-19 Fuji Photo Film Co., Ltd. Radiation image information detecting panel
CN1996620A (zh) * 2006-12-29 2007-07-11 清华大学 基于碳纳米管薄膜的太阳能电池及其制备方法
CN101548395A (zh) * 2006-09-25 2009-09-30 Ecn荷兰能源中心 具有改进的表面钝化的晶体硅太阳能电池的制造方法
CN101976710A (zh) * 2010-10-15 2011-02-16 上海交通大学 基于氢化微晶硅薄膜的晶体硅异质结太阳电池的制备方法
CN102064237A (zh) * 2010-11-29 2011-05-18 奥特斯维能源（太仓）有限公司 一种用于晶体硅太阳电池的双层钝化方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3394646B2 (ja) * 1995-03-27 2003-04-07 株式会社半導体エネルギー研究所 薄膜太陽電池及び薄膜太陽電池の作製方法
US20060231781A1 (en) * 2005-04-19 2006-10-19 Fuji Photo Film Co., Ltd. Radiation image information detecting panel
CN101548395A (zh) * 2006-09-25 2009-09-30 Ecn荷兰能源中心 具有改进的表面钝化的晶体硅太阳能电池的制造方法
CN1996620A (zh) * 2006-12-29 2007-07-11 清华大学 基于碳纳米管薄膜的太阳能电池及其制备方法
CN101976710A (zh) * 2010-10-15 2011-02-16 上海交通大学 基于氢化微晶硅薄膜的晶体硅异质结太阳电池的制备方法
CN102064237A (zh) * 2010-11-29 2011-05-18 奥特斯维能源（太仓）有限公司 一种用于晶体硅太阳电池的双层钝化方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
G. CHEN, T. Y. OHULCHANSKYY,R. KUMAR,H. ÅGREN,P.N.PRASAD: "Ultrasmall Monodisperse", 《ACSNANO》, vol. 4, no. 6, 28 May 2010 (2010-05-28), pages 3163 - 3168, XP055136357, DOI: doi:10.1021/nn100457j *
R. H. SEWELL, A. CLARK, R. SMITH, S. SEMANS, A.JAMORA, G. VOST: "SILICON SOLAR CELLS WITH MONOLITHIC RARE-EARTH OXIDE UPCONVERSION", 《PHOTOVOLTAIC SPECIALISTS CONFERENCE》, no. 34, 12 July 2009 (2009-07-12), pages 002448 - 002453 *

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103378182A (zh) * 2012-04-25 2013-10-30 新日光能源科技股份有限公司 光波转换层及具有光波转换层的太阳能电池
CN102664213A (zh) * 2012-05-10 2012-09-12 河南安彩高科股份有限公司 一种高光电转换效率的太阳能电池及制备方法
CN104393099A (zh) * 2014-10-09 2015-03-04 浙江大学 一种四氟钇钠碘氧铋复合太阳能薄膜的制备方法
CN105070777A (zh) * 2015-07-30 2015-11-18 厦门大学 一种无稀土下转换太阳能电池及其制备方法
CN105845767A (zh) * 2016-04-15 2016-08-10 乐叶光伏科技有限公司 一种宽光谱晶体硅太阳能电池结构
CN107369733A (zh) * 2017-09-13 2017-11-21 苏州福斯特光伏材料有限公司 一种高阻水光转换太阳能电池封装材料及其制备方法
CN110246908A (zh) * 2019-07-18 2019-09-17 深圳黑晶光电科技有限公司 一种光谱下转换减反膜、制作方法及叠层太阳能电池
CN113130670A (zh) * 2021-04-20 2021-07-16 浙江师范大学 氧化铕/铂钝化接触晶体硅太阳能电池及其制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103489934B (zh) 一种双面透光的局部铝背场太阳能电池及其制备方法
CN102364691A (zh) 具有上/下转换发光结构的晶体硅太阳能电池及制备方法
CN100524840C (zh) 层结构中具有反向几何结构的异质接触太阳电池
CN102044574B (zh) 一种n型单晶硅衬底pn结反型层电池及其制造方法
CN104752562A (zh) 一种局部硼背场背钝化太阳能电池的制备方法
AU2021431583A1 (en) N-type topcon battery having double-sided aluminum paste electrode and preparation method therefor
CN102738304B (zh) 一种利用局部铝背场结构制备晶体硅太阳能电池背电极的方法
CN102122674B (zh) 一种晶体硅太阳电池及其制备方法
CN105206699A (zh) 一种背面结n型双面晶体硅电池及其制备方法
CN102403369A (zh) 一种用于太阳能电池的钝化介质膜
CN107068777A (zh) 一种局部铝背场太阳能电池及其制备方法
CN101667602A (zh) 一种多晶硅太阳电池及其制备方法
CN104934500A (zh) 一种选择性发射极的背钝化晶体硅太阳能电池的制备方法
CN109285897A (zh) 一种高效钝化接触晶体硅太阳电池及其制备方法
CN102332495A (zh) 一种晶体硅太阳能电池的制作方法
CN102956723B (zh) 一种太阳能电池及其制备方法
CN105226115A (zh) 一种n型晶硅电池及其制备方法
CN102487105A (zh) 一种制备立体结构高效太阳能电池的方法
CN101533875A (zh) 一种晶体硅太阳电池背接触电极结构的制备方法
CN102364692A (zh) 双面受光的全钝化结构晶体硅太阳能电池及其制作方法
CN103646994A (zh) 一种太阳电池正面电极的制备方法
CN104009118A (zh) 一种高效n型晶体硅刻槽埋栅电池的制备方法
CN105355671A (zh) 一种宽光谱高效太阳能光伏电池
CN206558515U (zh) 一种局部铝背场太阳能电池
CN210349847U (zh) 一种p型隧穿氧化物钝化接触太阳能电池

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20120229