一種基于硅電池的上轉(zhuǎn)換加場效應結構的太陽電池及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于太陽能光伏電池技術領域，具體涉及一種基于普通硅電池的上轉(zhuǎn)換加場效應結構的太陽電池及其制備方法。
【背景技術】
[0002]目前硅太陽電池的發(fā)展趨勢是朝電池更薄、效率更高的方向發(fā)展，但是當電池厚度小于少子擴散長度時，電池上下表面的缺陷對電池效率的影響更加顯著，這部分的電學損失非常嚴重。另一方面，由于硅是間接帶隙半導體材料，厚度的減小導致對入射光尤其是長波光的吸收減少，而且占入射光的很大一部分的大于娃截止波長的太陽光完全不能被娃電池吸收，這種光學損失很大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提出一種新的基于硅電池的上轉(zhuǎn)換加場效應結構的太陽電池及其制備方法，其優(yōu)點在于對設備要求較低，制造成本低廉而且安全無毒，同時能夠用于制作有較高轉(zhuǎn)換效率的太陽電池。
[0004]本發(fā)明提出的基于硅電池的上轉(zhuǎn)換加場效應結構的太陽電池的制備方法，具體步驟如下:
(1)制備p-n結，對P型或η型娃片進行摻雜形成ρ-η結；
(2)η型表面鈍化，蒸鍍一層帶正電的二氧化硅鈍化層；
(3)P型表面鈍化加場效應，蒸鍍一層帶負電的三氧化二鋁；
(4)下表面摻雜上轉(zhuǎn)換材料；
(5)上表面蒸鍍二氧化硅和二氧化鈦的雙層膜作為減反射膜；
(6)制作上下電極。
[0005]本發(fā)明中，所述的摻雜形成ρ-η結的方法，包含如下主要步驟:磷膠的旋涂施膠、熱擴散燒結。
[0006]本發(fā)明中，所述上轉(zhuǎn)換材料，選用含有Yb3+或Er 3+等離子的稀土元素材料。
[0007]本發(fā)明中，場效應增強方法，是利用金屬氧化物場效應層，增加載流子傳輸和分離效率。其中，場效應層，其上表面選用帶正電的二氧化硅；場效應層，其下表面選用帶負電的三氧化二鋁。
[0008]本發(fā)明中，所述制作上下電極，包括:在背面，絲網(wǎng)印刷鋁電極漿料(或蒸鍍鋁電極)；在上表面，絲網(wǎng)印刷銀電極漿料，或蒸鍍TiAg或TiPaAg，或者制備透明導電膜TCO。
[0009]本發(fā)明在旋涂磷膠燒結法制備ρ-η結的基礎上，通過加入上轉(zhuǎn)換材料和場效應鈍化，提高了太陽電池的轉(zhuǎn)換效率。同時經(jīng)過蒸鍍減反射膜以及背部鋁背場效應，最后加上一些常規(guī)的電池電極制作工藝，得到一種基于硅電池的新型結構的太陽電池。
[0010]本發(fā)明方法，(I)是在電池Ρ-η結上下表面加入帶電的鈍化層，η型表面選用帶正電的二氧化硅，P型表面選用帶負電的三氧化二鋁，一方面能夠鈍化表面的缺陷，另一方面增加載流子傳輸和分離效率，降低復合速率，從而提高電池效率。(2)是在電池下表面增加上轉(zhuǎn)換材料，可以將硅不能吸收的紅外光轉(zhuǎn)換成硅可以吸收的光，從而增加光的利用率。稀土離子摻雜作為上轉(zhuǎn)換材料，將透過Ρ-η結的紅外光轉(zhuǎn)換成可見光，再通過電池背部的作為反射鏡的鋁電極反射進入Ρ-η結內(nèi)部進行二次吸收，同時通過加入場效應層使其產(chǎn)生更多的電子空穴對，從而提高太陽電池轉(zhuǎn)換效率。提高太陽電池效率的方法之一是增強硅電池對紅外波段的吸收以及增加載流子傳輸，降低復合速率。上轉(zhuǎn)換材料是一種紅外光激發(fā)下能發(fā)出可見光的發(fā)光材料，是能將紅外光轉(zhuǎn)換成可見光。稀土上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料在功能材料方面展示出了強勁的發(fā)展趨勢，應用領域包括照明、建筑裝飾以及工農(nóng)業(yè)、軍事、生物醫(yī)療方面，同時也可應用在光伏新材料等行業(yè)。
[0011]本發(fā)明對設備要求較低、成本低廉、安全無毒，是一種新型的制備硅太陽電池的方法，可用于大規(guī)模生產(chǎn)。
【附圖說明】
[0012]圖1為電池結構示意圖。
[0013]圖2為普通標準硅電池和上轉(zhuǎn)換加場效應新型結構硅太陽電池的測量結果，包括IV曲線、效率等，由太陽光模擬光源AMl.5儀器測試完成，其中Voc為開路電壓，Jsc為短路電流密度，F(xiàn)F為填充因子，Eff為電池效率。
[0014]圖3為上述兩種電池的內(nèi)量子轉(zhuǎn)換效率。
【具體實施方式】
[0015]以下實施例用以說明本發(fā)明，但不用于限制本發(fā)明。
[0016]1、原料
硅片:lcmX lcmX0.15mm P型單晶硅雙面拋光硅片(100)，電阻率1_3歐姆；磷膠、氨水(濃度25%)、雙氧水(濃度30%)、高純氮氣、氫氟酸(濃度20%)、去離子水、高純氬氣、二氧化硅顆粒、三氧化二鋁顆粒、鋁絲、銀顆粒，稀土元素。
[0017]2、設備
臺式勻膠機、管式電阻爐、高真空腔、鎢絲熱電子加熱、高真空鍍膜機。
[0018]3、工藝參數(shù)設定
硅片在混合溶液中蒸煮時間:20分鐘磷膠旋涂時間:20秒磷膠旋涂轉(zhuǎn)速:2000轉(zhuǎn)/分鐘磷摻雜煅燒:高純氮氣860°C，20分鐘
表面鈍化加場效應:二氧化硅膜厚度20nm，三氧化二鋁膜厚度20nm，高純氮氣425°C退火I小時。
[0019]4、工藝過程
(O將原料P型硅片放在氨水和雙氧水體積比為一比一的混合溶液中蒸煮20分鐘，之后通過勻膠機將磷膠均勻旋涂在硅片表面上進行磷摻雜，旋涂時間為20秒，轉(zhuǎn)速為2000轉(zhuǎn)每分鐘；接下來將硅片放入管式電阻爐中，通入高純氮氣860°C煅燒20分鐘進行磷摻雜；待冷卻到室溫后用氫氟酸和去離子水洗去硅片表面殘留的磷膠；
(2)在樣品上表面蒸鍍20nm厚度的二氧化硅，下表面蒸鍍20nm厚度的三氧化二鋁；之后在高純氮氣中425°C退火一個小時；
(3)在下表面三氧化二鋁上摻雜上轉(zhuǎn)換材料，如含有Yb3+或Er3+等離子的稀土元素材料；
(4)在樣品上表面依次蒸鍍60nm的二氧化鈦膜和90nm的二氧化娃膜；
(5)在樣品下表面蒸鍍鋁電極，之后在高純氮氣中480°C退火5分鐘；上表面進行絲網(wǎng)印刷銀電極。
[0020]5、結果和分析
在通過磷擴散制作Ρ-η結的基礎上，根據(jù)本發(fā)明方法，加入上轉(zhuǎn)換材料以及表面鈍化和場效應，再加上表面減反射膜處理，可得到一種基于硅電池的全新結構太陽電池，得到如圖2的電池測量結果，結果表明:相比于普通標準硅太陽電池，開路電壓Voc從525mV提高到552mV，短路電流Jsc由達到27.44mA/cm2提高到34.74 mA/cm 2，填充因子從0.693提升至0.786，轉(zhuǎn)換效率Eff由9.81%提高到15.04%。
【主權項】
1.一種基于硅電池的上轉(zhuǎn)換加場效應結構的太陽電池的制備方法，其特征在于具體步驟為: (1)制備p-n結，對P型或η型娃片進行摻雜形成ρ-η結； (2)η型表面鈍化，蒸鍍一層帶正電的二氧化硅鈍化層； (3)P型表面鈍化加場效應，蒸鍍一層帶負電的三氧化二鋁； (4)下表面摻雜上轉(zhuǎn)換材料； (5)上表面蒸鍍二氧化硅和二氧化鈦的雙層膜作為減反射膜； (6)制作上下電極。
2.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于所述摻雜形成Ρ-η結的步驟包括:旋涂磷膠、熱擴散燒結。
3.如權利要求1或2所述的制備方法，其特征在于所述的上轉(zhuǎn)換材料選用含有Yb3+、Er3+離子的稀土元素材料。
4.如權利要求1或2所述的制備方法，其特征在于所述的制作上下電極，包括:在背面，絲網(wǎng)印刷鋁電極漿料，或蒸鍍鋁電極；在上表面，絲網(wǎng)印刷銀電極漿料，或蒸鍍TiAg或TiPaAg，或者制備透明導電膜TCO。
5.一種由權利要求1-4之一制備方法制備得到的基于硅電池的上轉(zhuǎn)換加場效應結構的太陽電池。
【專利摘要】本發(fā)明屬于太陽能光伏電池技術領域，具體為一種基于硅電池的上轉(zhuǎn)換加場效應結構的太陽電池及其制備方法。本發(fā)明制備方法的具體步驟包括：制備p-n結，對p型或n型硅片進行摻雜形成p-n結；n型表面鈍化，蒸鍍一層帶正電的二氧化硅鈍化層；p型表面鈍化加場效應，蒸鍍一層帶負電的三氧化二鋁；下表面摻雜一層稀土離子上轉(zhuǎn)換材料；上表面鍍減反射膜；蒸鍍上下電極。本發(fā)明方法對設備要求較低，成本低廉，安全無毒，且得到一種新型結構的硅太陽電池，可用于大規(guī)模生產(chǎn)。
【IPC分類】H01L31-0216, H01L31-18, H01L31-055
【公開號】CN104779305
【申請?zhí)枴緾N201510157384
【發(fā)明人】邱迎, 王亮興, 沈杰, 陸明
【申請人】復旦大學
【公開日】2015年7月15日
【申請日】2015年4月4日