[發(fā)明專利]一種上轉(zhuǎn)換太陽能電池及其制備方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310215219.9
• 申請(qǐng)日: 2013-05-31
• 公開（公告）號(hào): CN103346203A
• 公開（公告）日: 2013-10-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 石強(qiáng);李旺;陸威;韓瑋智;牛新偉;蔣前哨;金建波;陸川;仇展煒
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江正泰太陽能科技有限公司
• 主分類號(hào): H01L31/18
• 分類號(hào): H01L31/18;H01L31/055
• 代理公司: 北京漢昊知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11370
• 代理人: 馮譜

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及晶體硅太陽能電池的制備領(lǐng)域，尤其涉及一種上轉(zhuǎn)換太陽能電池及其制備方法。

背景技術(shù)

晶體硅的禁帶寬度為1.12eV，其可利用的太陽光波長(zhǎng)低于1120nm，因此單結(jié)晶體硅太陽能電池對(duì)太陽光子的利用率不高，其理論效率上限是30%，而且其中絕大部分的能量損失是由于太陽能電池能有效利用的光譜和標(biāo)準(zhǔn)太陽光譜的不匹配造成的。要提高太陽光子的利用率，可通過兩個(gè)手段來實(shí)現(xiàn)：第一，改變太陽能電池結(jié)構(gòu)，使其可以更有效的利用太陽光；第二，改變到達(dá)P-N結(jié)的太陽光的光譜分布，使其和太陽能電池的響應(yīng)更匹配。

其中，可以通過制造多結(jié)太陽能電池、MEG（Multiple?Exciton?Generation，多激子產(chǎn)生）太陽能電池、SSQC（Space-Separated?Quantum?Cutting，空間分割量子剪裁）太陽能電池等方法來實(shí)現(xiàn)第一種方法。MEG過程是通過高能光子產(chǎn)生的載流子的多余能量來產(chǎn)生額外的載流子，從而實(shí)現(xiàn)一個(gè)高能光子產(chǎn)生多對(duì)電子空穴對(duì)的過程；SSQC是通過兩個(gè)空間分離但臨近的硅納米晶體之間的相互作用來實(shí)現(xiàn)吸收一個(gè)高能光子產(chǎn)生兩對(duì)或多對(duì)電了空穴對(duì)。多結(jié)太陽能電池的價(jià)格昂貴；MEG和SSQC的實(shí)際效率和可行性還有待于進(jìn)一步的深入研究，很難實(shí)現(xiàn)。因此，第一種方法的可行性不高，第二種方法即使太陽光譜和太陽能電池的光譜響應(yīng)范圍達(dá)到一個(gè)理想的匹配成了研究者關(guān)注的熱點(diǎn)。

改變光子波長(zhǎng)有上轉(zhuǎn)換和下轉(zhuǎn)換兩種形式。上轉(zhuǎn)換是將兩個(gè)低能光子轉(zhuǎn)換為一個(gè)高能粒子，如將兩個(gè)紅外光子轉(zhuǎn)換為一個(gè)藍(lán)光光子；下轉(zhuǎn)換是將一個(gè)高能粒子轉(zhuǎn)換為兩個(gè)低能粒子，如將一個(gè)紫外光子轉(zhuǎn)換為兩個(gè)紅外光子。根據(jù)光子在基體材料中的穿透能力，在P-N結(jié)一面添加下轉(zhuǎn)換材料或者在背面添加上轉(zhuǎn)換材料可以起到充分利用光子的作用。

目前對(duì)于上轉(zhuǎn)換材料和下轉(zhuǎn)換材料的添加通常采用的方法是在電池表面涂覆含轉(zhuǎn)換材料的薄膜或?qū)⑥D(zhuǎn)化材料混合于組件EVA和玻璃中，但是這些方法效果都不理想，嚴(yán)重阻礙了太陽能電池效率的提升。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明將具有上轉(zhuǎn)換作用的稀土材料或者其他物質(zhì)加入到背面導(dǎo)電漿料中，形成背電極/上轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)，在具有背電極作用的同時(shí)，完成對(duì)于長(zhǎng)波光子的上轉(zhuǎn)換，有效提高了晶體硅太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種上轉(zhuǎn)換太陽能電池的制備方法，所述制備方法包括以下步驟：

a）在硅片的正面形成絨面；

b）在所述硅片正面形成P-N結(jié)；

c）在所述P-N結(jié)上形成減反膜；

d）在所述硅片背面形成背電極/上轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)；

e）在所述硅片正面形成正電極。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方式，所述步驟d）具體為：在所述硅片背面印刷導(dǎo)電漿料，之后對(duì)所述硅片進(jìn)行燒結(jié)以在所述硅片背面形成背電極/上轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)。

根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)具體實(shí)施方式，所述導(dǎo)電漿料包括：金屬顆粒、無機(jī)玻璃料、有機(jī)載體和上轉(zhuǎn)換材料。

根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)具體實(shí)施方式，所述上轉(zhuǎn)換材料包括稀土離子或非稀土材料中的一種或多種的組合。

根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)具體實(shí)施方式，所述稀土離子包括：Er³⁺、Yb³⁺、Tm³⁺、Pr³⁺和/或Ho³⁺；所述非稀土材料包括ZnS。

根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供一種上轉(zhuǎn)換太陽能電池，所述上轉(zhuǎn)換太陽能電池由下至上依次包括：背電極/上轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)、硅片、P-N結(jié)、絨面、減反膜、正電極；其特征在于，

所述背電極/上轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)由含有金屬顆粒、無機(jī)玻璃料、有機(jī)載體和上轉(zhuǎn)換材料的導(dǎo)電漿料制成。

太陽能電池背面金屬電極主要起反型（將背面殘留N型層變?yōu)镻型層）、吸雜和將電導(dǎo)出的作用。如果將少量具有上轉(zhuǎn)換作用的稀土材料或者其他物質(zhì)加入背面導(dǎo)電漿料中，通過優(yōu)化其添加量和組合比例，可以在不改變背電極反型、吸雜和導(dǎo)電作用的前提下，將到達(dá)硅片背面電極界面的長(zhǎng)波光子轉(zhuǎn)換為可被電池利用的短波光子，這些短波光子被金屬電極反射再次到達(dá)P-N結(jié)進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，從而可以大大提高電池的轉(zhuǎn)換效率。

采用本發(fā)明的方法上轉(zhuǎn)換材料添加量少，添加工藝簡(jiǎn)單，基本不會(huì)影響原有導(dǎo)電漿料的物理性質(zhì)，成本低，可操作性強(qiáng)。使用這種添加上轉(zhuǎn)換材料的導(dǎo)電漿料制備太陽能電池背電極，太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率較常規(guī)太陽能電池可以提高0.10%～0.20%。

附圖說明