專利名稱：具有上/下轉(zhuǎn)換發(fā)光結(jié)構(gòu)的晶體硅太陽(yáng)能電池及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及晶體硅太陽(yáng)能電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種具有上/下轉(zhuǎn)換發(fā)光結(jié)構(gòu)的晶體硅太陽(yáng)能電池及其制備方法。
背景技術(shù)：
隨著人類歷史進(jìn)入二十一世紀(jì)，能源危機(jī)和環(huán)境污染已經(jīng)成為制約人類文明健康發(fā)展的全球問(wèn)題，開(kāi)發(fā)可靠安全的綠色能源已經(jīng)成為解決危機(jī)的主要方法之一，在這一背景下，世界各國(guó)對(duì)新能源技術(shù)開(kāi)發(fā)的投入日益增多。太陽(yáng)能電池作為清潔能源利用的最重要方式之一，近年來(lái)得到了快速發(fā)展。在太陽(yáng)能電池應(yīng)用中，晶體硅太陽(yáng)能電池的技術(shù)相對(duì)成熟并且原材料充足，占據(jù)了光伏市場(chǎng) 80%以上的市場(chǎng)份額，預(yù)計(jì)在未來(lái)的10 20年內(nèi)依然是光伏市場(chǎng)的主流。然而，太陽(yáng)能電池的綜合成本還遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)能源的成本，其推廣應(yīng)用還存在嚴(yán)重瓶頸，如果失去積極財(cái)政政策的支持，光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展將受到嚴(yán)重影響。因此，降低太陽(yáng)能電池生產(chǎn)成本、提高電池光電轉(zhuǎn)化效率顯得尤為重要。從電池的生產(chǎn)成本考慮，一方面要求電池材料能夠方便獲得并盡量減少材料的使用量，另一方面需要減小電池生產(chǎn)工藝的復(fù)雜度，降低工藝溫度。從太陽(yáng)光利用率角度考慮，需要通過(guò)適當(dāng)?shù)碾姵亟Y(jié)構(gòu)和材料設(shè)計(jì)提高電池對(duì)太陽(yáng)光的吸收率。在有效利用光生載流子方面，需要增加光生載流子的擴(kuò)散長(zhǎng)度，減少光生載流子被電極收集前的復(fù)合。在晶體硅太陽(yáng)能電池應(yīng)用中，由于電池成本縮減的需求，作為晶體硅太陽(yáng)能電池材料的晶體硅片的厚度不斷變小，電池的光電轉(zhuǎn)換效率也越來(lái)越受到晶體硅片厚度的影響。一方面，由于晶體硅為間接帶隙半導(dǎo)體，它對(duì)太陽(yáng)光的吸收率比較小，隨著晶體硅片厚度的減小，越來(lái)越多的光子將傳到晶體硅片的背部，電池的光譜響應(yīng)將受到嚴(yán)重影響。第二方面，隨著晶體硅片厚度的減小，電池效率越來(lái)越受電池表面的電子空穴復(fù)合速率的影響； 現(xiàn)有晶體硅太陽(yáng)能電池主要采用前表面絨面結(jié)構(gòu)結(jié)合氮化硅減反膜來(lái)提高入射光的利用率，同時(shí)采用絲網(wǎng)印刷鋁背場(chǎng)來(lái)減小背表面的復(fù)合速率，其中前表面氮化硅兼具前表面鈍化及減反射的雙重效果，而Al背場(chǎng)兼具背表面鈍化和背部電流收集功能；但是，絲網(wǎng)印刷工藝得到的鋁背場(chǎng)(Al-BSF)的背表面鈍化效果非常有限，光生載流子在背表面的擴(kuò)散長(zhǎng)度比較短，背表面的復(fù)合速率也比較高；另外，隨著晶體硅片厚度的減小，燒結(jié)工藝容易導(dǎo)致晶體硅片的彎曲變形，影響電池的成品率。第三方面，由于晶體硅的光學(xué)帶隙為1. IeV左右，與太陽(yáng)光譜的匹配性比較差，能量小于1. IeV的太陽(yáng)光子不能被電池利用，而能量大于 1. IeV的光子被材料吸收后部分能量將轉(zhuǎn)化為晶格振動(dòng)能，兩項(xiàng)能量損失累計(jì)占太陽(yáng)光譜能量的約50%左右。為了改善電池的光譜響應(yīng)，人們將下轉(zhuǎn)換發(fā)光材料沉積于晶體硅太陽(yáng)能電池的上表面，但是這一技術(shù)方案也有很多不足。其中最重要的負(fù)面因素是這種技術(shù)方案嚴(yán)重影響了電池前表面的光譜特性，而且當(dāng)入射光子在經(jīng)過(guò)下轉(zhuǎn)換發(fā)光過(guò)程后，發(fā)出的光子將向多個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，極大地限制了晶體硅太陽(yáng)能電池光電轉(zhuǎn)換效率的提高。
因此，隨著晶體硅片厚度的減小，如何有效地提高晶體硅太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率，已經(jīng)成為高效晶體硅太陽(yáng)能電池研究開(kāi)發(fā)的一個(gè)重要課題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)目的是針對(duì)上述技術(shù)現(xiàn)狀，提出一種具有上/下轉(zhuǎn)換發(fā)光結(jié)構(gòu)的晶體硅太陽(yáng)能電池及其制備方法，該晶體硅太陽(yáng)能電池能夠在不影響電池前表面光譜特性的基礎(chǔ)上改善電池的光譜響應(yīng)，提高電池的光電轉(zhuǎn)化效率。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的所采用的技術(shù)方案為一種具有上/下轉(zhuǎn)換發(fā)光結(jié)構(gòu)的晶體硅太陽(yáng)能電池，包括經(jīng)清洗、制絨、擴(kuò)散處理的晶體硅片、位于晶體硅片前表面的鈍化層、位于晶體硅片背表面的鈍化層以及金屬電極，其特征是所述的晶體硅片背表面鈍化層的表面是由上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料構(gòu)成的薄膜層，或者是由下轉(zhuǎn)換發(fā)光材料構(gòu)成的薄膜層，或者是由上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料構(gòu)成的薄膜層與下轉(zhuǎn)換發(fā)光材料構(gòu)成的薄膜層的復(fù)合薄膜層，在所述的薄膜層或者復(fù)合薄膜層的表面是由氮化硅、氮化鋁、氧化硅或氧化鋁構(gòu)成的保護(hù)層。上述技術(shù)方案中，上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料是具有上轉(zhuǎn)換發(fā)光性能的功能材料，即能夠?qū)⒉荒鼙浑姵匚盏募t外光子轉(zhuǎn)換為能夠被電池有效吸收的可見(jiàn)光子，任何具有該種功能的上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料均可實(shí)現(xiàn)本技術(shù)方案所要解決的技術(shù)問(wèn)題，例如(SiO2)X(TiO2)1VEr3+或 NaYF4: Er3+。下轉(zhuǎn)換發(fā)光材料是具有下轉(zhuǎn)換發(fā)光性能的功能材料，即能夠?qū)⑦€未被電池吸收的傳到電池背面的紫外光子轉(zhuǎn)換為能夠被電池有效吸收的可見(jiàn)光子，任何具有該種功能的下轉(zhuǎn)換發(fā)光材料均可實(shí)現(xiàn)本技術(shù)方案所要解決的技術(shù)問(wèn)題，例如Y3Al5O12:Nd3+/Ce3+或 LiGdF4:Eu3+0晶體硅片前表面的鈍化層包括但不限于氮化硅(SiNx)鈍化層。晶體硅片背表面的鈍化層包括但不限于氧化鋁(Al2O3)鈍化層。如圖1所示，本發(fā)明涉及一種具有上/下轉(zhuǎn)換發(fā)光結(jié)構(gòu)的晶體硅太陽(yáng)能電池的制備方法包括如下步驟利用現(xiàn)有的制備晶體硅太陽(yáng)能電池的方法將晶體硅片進(jìn)行清洗、制絨、擴(kuò)散處理，然后在晶體硅片的前、背表面分別制備表面鈍化層，接著在晶體硅片背表面鈍化層上制備由上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料構(gòu)成的薄膜層、或者是由下轉(zhuǎn)換發(fā)光材料構(gòu)成的薄膜層、 或者是由上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料構(gòu)成的薄膜層與下轉(zhuǎn)換發(fā)光材料構(gòu)成的薄膜層的復(fù)合薄膜層，最后在該薄膜層或者復(fù)合薄膜層表面制備由氮化硅、氮化鋁、氧化硅或氧化鋁構(gòu)成的保護(hù)層。上述制備方法中，所述的鈍化層、薄膜層或者復(fù)合薄膜層的制備技術(shù)包括但不限于現(xiàn)有的化學(xué)氣相沉積技術(shù)、增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積技術(shù)(PECVD)、磁控濺射技術(shù)，脈沖激光沉積技術(shù)或者溶膠-凝膠或噴涂技術(shù)。上述制備方法中，可以采用激光或光刻工藝在保護(hù)層上刻蝕出局部電接觸區(qū)域， 結(jié)合濺射、蒸鍍、絲網(wǎng)印刷工藝或電鍍工藝得到前、背接觸電極，完成電池制作。本發(fā)明提供了一種新型的晶體硅太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)，該晶體硅太陽(yáng)能電池在晶體硅片背表面鈍化層的表面增加了由上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料構(gòu)成的薄膜層或/和由下轉(zhuǎn)換發(fā)光材料構(gòu)成的薄膜層，在該薄膜層表面制備氮化硅、氮化鋁、氧化硅或氧化鋁保護(hù)層，從而形成對(duì)上下轉(zhuǎn)換發(fā)光材料的包覆結(jié)構(gòu)，將傳到電池背表面的沒(méi)有被晶體硅太陽(yáng)能電池有效利用的紅外光子通過(guò)上轉(zhuǎn)換發(fā)光過(guò)程轉(zhuǎn)換為能夠被電池利用的光子，或/和將傳到電池背表面的沒(méi)有被電池有效利用的紫外光子通過(guò)下轉(zhuǎn)換發(fā)光過(guò)程轉(zhuǎn)換為能夠被電池利用的光子，與現(xiàn)有的將下轉(zhuǎn)換材料沉積于晶體硅太陽(yáng)能電池的上表面的技術(shù)相比，具有如下有益效果(1)上轉(zhuǎn)化發(fā)光材料或/和下轉(zhuǎn)化發(fā)光材料制備于電池的背表面，對(duì)電池在前表面的光譜響應(yīng)不會(huì)有負(fù)面影響；(2)本發(fā)明中，晶體硅片背表面采用背表面介質(zhì)鈍化層、位于鈍化層表面的由上轉(zhuǎn)化發(fā)光材料或/和下轉(zhuǎn)化發(fā)光材料構(gòu)成的薄膜層，位于該薄膜層表面的保護(hù)層以及金屬背電極的結(jié)構(gòu)，構(gòu)成了對(duì)上轉(zhuǎn)化發(fā)光材料或/和下轉(zhuǎn)化發(fā)光材料的包覆結(jié)構(gòu)，一方面極大地減小了光生載流子在背表面的復(fù)合速率，另一方面使入射的太陽(yáng)光子經(jīng)過(guò)上/下轉(zhuǎn)換發(fā)光過(guò)程后，產(chǎn)生的能夠被電池有效吸收的光子將在該上轉(zhuǎn)化發(fā)光材料或/和下轉(zhuǎn)化發(fā)光材料構(gòu)成的薄膜層與金屬背電極，即背介質(zhì)/金屬結(jié)構(gòu)上再次反射進(jìn)入電池，從而有效提高了入射光子的利用率；(3)隨著晶體硅片厚度的減小，越來(lái)越多的太陽(yáng)光子傳輸?shù)诫姵氐谋潮砻妫⑼ㄟ^(guò)上/下轉(zhuǎn)換發(fā)光過(guò)程被調(diào)整為能夠被電池有效利用的光子，從而有效改善了太陽(yáng)光的利用率。因此，本發(fā)明提供的具有上/下轉(zhuǎn)換發(fā)光結(jié)構(gòu)的晶體硅太陽(yáng)能電池能夠在不影響電池前表面光譜特性的基礎(chǔ)上改善電池的光譜響應(yīng)，提高電池的光電轉(zhuǎn)化效率，在高效晶體硅太陽(yáng)能電池領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。


圖1是本發(fā)明具有上/下轉(zhuǎn)換發(fā)光結(jié)構(gòu)的晶體硅太陽(yáng)能電池制備方法示意圖；圖2是本發(fā)明實(shí)施例中背表面開(kāi)孔點(diǎn)陣圖形；圖3是本發(fā)明實(shí)施例中ρ型晶體硅片前表面電極線圖形及η型晶體硅片前、背表面電極線圖形。
具體實(shí)施例方式下面對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述，需要指出的是，以下所述實(shí)施例旨在便于對(duì)本發(fā)明的理解，而對(duì)其不起任何限定作用。實(shí)施例1 本實(shí)施例中，晶體硅太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)中，包括經(jīng)清洗、制絨、擴(kuò)散處理的ρ型單晶硅片、位于該P(yáng)型單晶硅片前表面的氮化硅(SiNx)鈍化層、位于該ρ型單晶硅片背表面的氧化鋁(Al2O3)鈍化層以及金屬電極，其中，背表面的Al2O3鈍化層的表面是由(SiO2) ,(TiO2)1^Er3+上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料構(gòu)成的薄膜層，該薄膜層的表面是由氮化硅(SiNx)構(gòu)成的保護(hù)層。上述晶體硅太陽(yáng)能電池的制備方法如下步驟1 按照現(xiàn)有晶體硅太陽(yáng)能電池的制備工藝，將ρ型單晶硅片清洗與絨面制作后進(jìn)行擴(kuò)散制備PN結(jié)，使ρ型單晶硅片的上表面形成η型發(fā)射極表面，然后二次清洗去除表面污染層以及等離子刻蝕去邊；步驟2 采用PECVD技術(shù)在該ρ型單晶硅片的η型發(fā)射極表面制備SiNx減反射層， 該SiNx減反射層兼具前表面鈍化及減反射的雙重效果；
步驟3 采用絲網(wǎng)印刷工藝在ρ型單晶硅片的前表面絲網(wǎng)印刷如圖3所示銀漿柵線，通過(guò)高溫?zé)Y(jié)工藝形成前柵電極；步驟4 采用PECVD技術(shù)在ρ型單晶硅片的背表面制備Al2O3鈍化層，然后在該 Al2O3鈍化層表面通過(guò)濺射技術(shù)制備一層(SiO2)x(TiO2)1^Er3+薄膜層，接著在該薄膜層表面繼續(xù)制備一層SiNx作為保護(hù)層；步驟5:通過(guò)蒸鍍方法在SiNx保護(hù)層表面沉積金屬鋁(Al)層，厚度為4 μ m，并采用波長(zhǎng)為532nm的綠色激光，按圖2所示點(diǎn)陣圖，在覆蓋有Al層的SiNx保護(hù)層上進(jìn)行激光燒蝕，從而使Al直接在硅表面形成局部點(diǎn)接觸式電極，點(diǎn)陣間距為1. 5mm ；步驟6 對(duì)電池片在300°C下進(jìn)行退火處理，以提高金屬電極的接觸性能，完成電池制作。上述制備得到的電池能夠?qū)鞯诫姵乇潮砻娴臎](méi)有被電池有效利用的紅外光子通過(guò)包覆在背表面Al2O3鈍化層與SiNx保護(hù)層間的上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料進(jìn)行上轉(zhuǎn)換發(fā)光過(guò)程轉(zhuǎn)換為能夠被電池利用的光子，有效提高了電池的光電轉(zhuǎn)換效率，另外，該位于背表面的上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料的包覆結(jié)構(gòu)能夠避免對(duì)電池前表面的光譜響應(yīng)產(chǎn)生的負(fù)面影響。實(shí)施例2 本實(shí)施例中，晶體硅太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)中，包括經(jīng)清洗、制絨、擴(kuò)散處理的ρ型多晶硅片、位于該P(yáng)型多晶硅片前表面的氮化硅(SiNx)鈍化層、位于該ρ型多晶硅片背表面的氧化鋁(Al2O3)鈍化層以及金屬電極，其中，背表面的Al2O3鈍化層的表面是由NaYF4 = Er3+ 上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料構(gòu)成的薄膜層，該薄膜層的表面是由氮化鋁(AlNx)構(gòu)成的保護(hù)層。上述晶體硅太陽(yáng)能電池的制備方法如下步驟1 按照現(xiàn)有晶體硅太陽(yáng)能電池的制備工藝，將ρ型多晶硅片清洗與絨面制作后進(jìn)行擴(kuò)散制備PN結(jié)，使ρ型多晶硅片的上表面形成η型發(fā)射極表面，然后二次清洗去除表面污染層以及等離子刻蝕去邊；步驟2 采用PECVD技術(shù)在該ρ型多晶硅片的η型發(fā)射極表面制備SiNx減反射層， 該SiNx減反射層兼具前表面鈍化及減反射的雙重效果；步驟3 采用PECVD技術(shù)在該ρ型多晶硅片的背表面制備Al2O3鈍化層，然后通過(guò)溶液法制備NaYF4 = Er3+納米晶顆粒，然后將該納米晶顆粒通過(guò)旋涂的方法制備于Al2O3鈍化層表面形成一層NaYF4 = Er3+薄膜層，接著在該薄膜層表面繼續(xù)制備一層AlNx作為保護(hù)層；步驟4:采用波長(zhǎng)為1064nm的紅色激光，按圖2所示點(diǎn)陣圖，在電池背面進(jìn)行圖形化開(kāi)孔，孔間距為Imm;步驟5 通過(guò)絲網(wǎng)印刷工藝在電池前表面絲網(wǎng)印刷如圖3所示銀漿柵線，在電池背表面絲網(wǎng)印刷鋁漿及背銀電極；步驟6 通過(guò)高溫?zé)Y(jié)工藝形成前柵電極及背點(diǎn)接觸式電極，完成電池制作。上述制備得到的電池能夠?qū)鞯诫姵乇潮砻娴臎](méi)有被電池有效利用的紅外光子通過(guò)包覆在背表面Al2O3鈍化層與AlNx保護(hù)層間的上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料進(jìn)行上轉(zhuǎn)換發(fā)光過(guò)程轉(zhuǎn)換為能夠被電池利用的光子，有效提高了電池的光電轉(zhuǎn)換效率，另外，該位于背表面的上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料的包覆結(jié)構(gòu)能夠避免對(duì)電池前表面的光譜響應(yīng)產(chǎn)生的負(fù)面影響。實(shí)施例3 本實(shí)施例中，晶體硅太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)中，包括經(jīng)清洗、制絨、擴(kuò)散處理的ρ型單
6晶硅片、位于該P(yáng)型單晶硅片前表面的氮化硅(SiNx)鈍化層、位于該ρ型單晶硅片背表面的氧化鋁(Al2O3)鈍化層以及金屬電極，其中，背表面的Al2O3鈍化層的表面是由LiGdF4 = Eu3+ 下轉(zhuǎn)換發(fā)光材料構(gòu)成的薄膜層，該薄膜層的表面是由氮化鋁(AlNx)構(gòu)成的保護(hù)層。上述晶體硅太陽(yáng)能電池的制備方法如下步驟1 按照現(xiàn)有晶體硅太陽(yáng)能電池的制備工藝，將ρ型單晶硅片清洗與絨面制作后進(jìn)行擴(kuò)散制備PN結(jié)，使ρ型單晶硅片的前表面形成η型發(fā)射極表面，然后二次清洗去除表面污染層以及等離子刻蝕去邊；步驟2 采用PECVD技術(shù)在該ρ型單晶硅片的η型發(fā)射極表面制備SiNx減反射層， 該SiNx減反射層兼具前表面鈍化及減反射的雙重效果；步驟3 采用絲網(wǎng)印刷工藝在電池前表面絲網(wǎng)印刷如圖3所示銀漿柵線，通過(guò)高溫?zé)Y(jié)工藝形成前柵電極；步驟4 采用PECVD技術(shù)在該ρ型單晶硅片的背表面制備Al2O3鈍化層，然后在該 Al2O3鈍化層表面通過(guò)溶膠-凝膠方法制備一層LiGdF4 Eu3+薄膜層，接著在該薄膜層表面繼續(xù)制備一層AlNx作為保護(hù)層；步驟5 通過(guò)濺射方法在該AlNx保護(hù)層表面沉積Al層，厚度為2 μ m，并采用波長(zhǎng)為1064nm的紅色激光，按圖2所示點(diǎn)陣圖，在覆蓋有Al的AlNx保護(hù)層上進(jìn)行激光燒蝕從而使Al直接在硅表面形成局部點(diǎn)接觸式電極，點(diǎn)陣間距為0. 5mm ；步驟6 對(duì)電池片在350°C下進(jìn)行退火處理，提高金屬電極的接觸性能，完成電池制作。上述制備得到的電池能夠?qū)鞯诫姵乇潮砻娴倪€沒(méi)有被電池有效利用的紫外光子通過(guò)包覆在背表面Al2O3鈍化層與AlNx保護(hù)層間的下轉(zhuǎn)換發(fā)光材料進(jìn)行下轉(zhuǎn)換發(fā)光過(guò)程轉(zhuǎn)換為能夠被電池再次利用的光子，有效提高了電池的光電轉(zhuǎn)換效率，另外，該位于背表面的下轉(zhuǎn)換發(fā)光材料的包覆結(jié)構(gòu)能夠避免對(duì)電池前表面的光譜響應(yīng)產(chǎn)生的負(fù)面影響。實(shí)施例4 本實(shí)施例中，晶體硅太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)中，包括經(jīng)清洗、制絨、擴(kuò)散處理的ρ型多晶硅片、位于該P(yáng)型多晶硅片前表面的氮化硅(SiNx)鈍化層、位于該ρ型多晶硅片背表面的氧化鋁(Al2O3)鈍化層以及金屬電極，其中，背表面的Al2O3鈍化層的表面是由Y3Al5O12 = Nd3+/ Ce3+下轉(zhuǎn)換發(fā)光材料構(gòu)成的薄膜層，以及其表面的由NaYF4 = Er3+上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料構(gòu)成的薄膜層組成的復(fù)合薄膜層，該復(fù)合薄膜層的表面是由氮化硅(SiNx)構(gòu)成的保護(hù)層。上述晶體硅太陽(yáng)能電池的制備方法如下步驟1 按照現(xiàn)有晶體硅太陽(yáng)能電池的制備工藝，將ρ型多晶硅片清洗與絨面制作后進(jìn)行擴(kuò)散制備PN結(jié)，使ρ型多晶硅片的前表面形成η型發(fā)射極表面，然后二次清洗去除表面污染層以及等離子刻蝕去邊；步驟2 采用PECVD技術(shù)在該ρ型多晶硅片的η型發(fā)射極表面制備SiNx減反射層， 該SiNx減反射層兼具前表面鈍化及減反射的雙重效果；步驟3 采用絲網(wǎng)印刷工藝在電池前表面絲網(wǎng)印刷如圖3所示銀漿柵線，通過(guò)高溫?zé)Y(jié)工藝形成前柵電極；步驟4 采用PECVD技術(shù)在該ρ型多晶硅片的背表面制備Al2O3鈍化層，然后在該 Al2O3鈍化層表面通過(guò)溶膠-凝膠方法制備一層Y3Al5O12 :Nd3+/Ce3+薄膜層，接著在該薄膜層
7表面通過(guò)溶膠-凝膠方法制備一層NaYF4 = Er3+薄膜層，構(gòu)成復(fù)合薄膜層，然后在該復(fù)合薄膜層表面繼續(xù)制備一層SiNx作為保護(hù)層；步驟5 通過(guò)蒸鍍方法在該SiNx保護(hù)層表面沉積Al層，厚度為2 μ m,并采用波長(zhǎng)為1064nm的紅色激光，按圖2所示點(diǎn)陣圖，在覆蓋有Al的SiNx保護(hù)層上進(jìn)行激光燒蝕從而使Al直接在硅表面上形成局部點(diǎn)接觸式電極，點(diǎn)陣間距為0. 8mm ；步驟6 對(duì)電池片在350°C下進(jìn)行退火處理，提高金屬電極的接觸性能，完成電池制作。上述制備得到的電池能夠?qū)鞯诫姵乇潮砻娴倪€沒(méi)有被電池有效利用的紫外光子通過(guò)包覆在背表面Al2O3鈍化層與SiNx保護(hù)層間的下轉(zhuǎn)換發(fā)光材料進(jìn)行下轉(zhuǎn)換發(fā)光過(guò)程轉(zhuǎn)換為能夠被電池再次利用的光子，將傳到電池背表面的沒(méi)有被電池有效利用的紅外光子通過(guò)包覆在背表面Al2O3鈍化層與SiNx保護(hù)層間的上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料進(jìn)行上轉(zhuǎn)換發(fā)光過(guò)程轉(zhuǎn)換為能夠被電池利用的光子，有效提高了電池的光電轉(zhuǎn)換效率，另外，該位于背表面的下轉(zhuǎn)換發(fā)光材料與上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料的包覆結(jié)構(gòu)能夠避免對(duì)電池前表面的光譜響應(yīng)產(chǎn)生的負(fù)面影響。實(shí)施例5 本實(shí)施例中，晶體硅太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)中，包括經(jīng)清洗、制絨、擴(kuò)散處理的ρ型單晶硅片、位于該P(yáng)型單晶硅片前表面的氮化硅(SiNx)鈍化層、位于該ρ型單晶硅片背表面的氧化鋁(Al2O3)鈍化層以及金屬電極，其中，背表面的Al2O3鈍化層的表面是由NaYF4 = Er3+ 上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料構(gòu)成的薄膜層，以及其表面的由Y3Al5O12:Nd37Ce3+下轉(zhuǎn)換發(fā)光材料構(gòu)成的薄膜層組成的復(fù)合薄膜層，該復(fù)合薄膜層的表面是由氮化硅(SiNx)構(gòu)成的保護(hù)層。上述晶體硅太陽(yáng)能電池的制備方法如下步驟1 按照現(xiàn)有晶體硅太陽(yáng)能電池的制備工藝，將ρ型單晶硅片清洗與絨面制作后進(jìn)行擴(kuò)散制備PN結(jié)，使ρ型單晶硅片的前表面形成η型發(fā)射極表面，然后二次清洗去除表面污染層以及等離子刻蝕去邊；步驟2 采用PECVD技術(shù)在該ρ型單晶硅片的η型發(fā)射極表面制備SiNx減反射層， 該SiNx減反射層兼具前表面鈍化及減反射的雙重效果；步驟3 采用絲網(wǎng)印刷工藝在電池前表面絲網(wǎng)印刷如圖3所示銀漿柵線，通過(guò)高溫?zé)Y(jié)工藝形成前柵電極；步驟4 采用PECVD技術(shù)在該ρ型單晶硅片的背表面制備Al2O3鈍化層，然后在該 Al2O3鈍化層表面通過(guò)溶膠-凝膠方法制備一層NaYF4 = Er3+薄膜層，接著在該薄膜層表面通過(guò)濺射技術(shù)制備一層Y3Al5O12 :Nd3+/Ce3+薄膜層，構(gòu)成復(fù)合薄膜層，然后在該復(fù)合薄膜層表面繼續(xù)制備一層SiNx作為保護(hù)層；步驟5 通過(guò)蒸鍍方法在該SiNx保護(hù)層表面沉積Al層，厚度為2um，并采用波長(zhǎng)為 1064nm的紅色激光，按圖2所示點(diǎn)陣圖，在覆蓋有Al的SiNx保護(hù)層上進(jìn)行激光燒蝕從而使 Al直接在硅表面上形成局部點(diǎn)接觸式電極，點(diǎn)陣間距為Imm ；步驟6 對(duì)電池片在350°C下進(jìn)行退火處理，提高金屬電極的接觸性能，完成電池制作。上述制備得到的電池能夠?qū)鞯诫姵乇潮砻娴臎](méi)有被電池有效利用的紅外光子通過(guò)包覆在背表面Al2O3鈍化層與SiNx保護(hù)層間的上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料進(jìn)行上轉(zhuǎn)換發(fā)光過(guò)程轉(zhuǎn)換為能夠被電池利用的光子，將傳到電池背表面的還沒(méi)有被電池有效利用的紫外光子通過(guò)包覆在背表面Al2O3鈍化層與SiNx保護(hù)層間的下轉(zhuǎn)換發(fā)光材料進(jìn)行下轉(zhuǎn)換發(fā)光過(guò)程轉(zhuǎn)換為能夠被電池再次利用的光子，有效提高了電池的光電轉(zhuǎn)換效率，另外，該位于背表面的上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料與下轉(zhuǎn)換發(fā)光材料的包覆結(jié)構(gòu)能夠避免對(duì)電池前表面的光譜響應(yīng)產(chǎn)生的負(fù)面影響。實(shí)施例6 本實(shí)施例中，晶體硅太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)中，包括經(jīng)清洗、制絨、擴(kuò)散處理的η型單晶硅片、位于該η型單晶硅片前表面的含硼的氮化硅(SiNx)鈍化層、位于該η型單晶硅片背表面的含磷的氮化硅(SiNx)鈍化層以及金屬電極，其中，背表面含磷的SiNx鈍化層的表面是由NaYF4 = Er3+上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料構(gòu)成的薄膜層，該薄膜層的表面是由氮化硅(SiNx)構(gòu)成的保護(hù)層。上述晶體硅太陽(yáng)能電池的制備方法如下步驟1 用常規(guī)清洗方法清洗η型單晶硅片，并采用堿溶液進(jìn)行絨面制作；步驟2 把η型硅片放入PECVD反應(yīng)腔內(nèi)，通入硅烷、氨氣及少量硼烷，在350°C的反應(yīng)溫度下在η型硅片的前表面沉積含硼的氮化硅，其厚度為70nm ；步驟3 把沉積有含硼氮化硅的η型硅片放在另一個(gè)PECVD反應(yīng)腔內(nèi)，通入硅烷、 氨氣及少量磷烷，在300°C的反應(yīng)溫度下在η型硅片的背表面上沉積含磷的氮化硅，其厚度為 50nm ；步驟4 將前、背面沉積有氮化硅的η型單晶硅片進(jìn)行30分鐘的高溫處理，溫度為 1000°C，形成 P+NN+結(jié)構(gòu)；步驟5 在η型單晶硅片背表面的含磷的氮化硅表面通過(guò)溶膠-凝膠方法制備一層NaYF4 = Er3+薄膜層，并接著在該薄膜層表面繼續(xù)鍍一層氮化硅(SiNx)作為保護(hù)層；步驟6 采用波長(zhǎng)為532nm的綠色激光，在電池的前、背表面進(jìn)行選擇性重?fù)诫s，從而獲得選擇性硼重?fù)诫s區(qū)域和磷重?fù)诫s區(qū)域，摻雜區(qū)域圖形如圖3所示；步驟7 通過(guò)電鍍工藝，在電池前、背表面的選擇性重?fù)诫s位置上電鍍錫；步驟8 通過(guò)濺射方法在電池背表面沉積Al層，厚度為1 μ m,完成電池制作。上述制備得到的電池能夠?qū)鞯诫姵乇潮砻娴臎](méi)有被電池有效利用的紅外光子通過(guò)包覆在背表面含磷的氮化硅鈍化層與SiNx保護(hù)層間的上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料進(jìn)行上轉(zhuǎn)換發(fā)光過(guò)程轉(zhuǎn)換為能夠被電池利用的光子，有效提高了電池的光電轉(zhuǎn)換效率，另外，該位于背表面的上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料的包覆結(jié)構(gòu)能夠避免對(duì)電池前表面的光譜響應(yīng)產(chǎn)生的負(fù)面影響。以上所述的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，應(yīng)理解的是以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的原則范圍內(nèi)所做的任何修改和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種具有上/下轉(zhuǎn)換發(fā)光結(jié)構(gòu)的晶體硅太陽(yáng)能電池，包括經(jīng)清洗、制絨、擴(kuò)散處理的晶體硅片、位于晶體硅片前表面的鈍化層、位于晶體硅片背表面的鈍化層以及金屬電極，其特征是所述的晶體硅片背表面鈍化層的表面是由上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料構(gòu)成的薄膜層，或者是由下轉(zhuǎn)換發(fā)光材料構(gòu)成的薄膜層，或者是由上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料構(gòu)成的薄膜層與下轉(zhuǎn)換發(fā)光材料構(gòu)成的薄膜層的復(fù)合薄膜層，在所述的薄膜層或者復(fù)合薄膜層的表面是由氮化硅、氮化鋁、氧化硅或氧化鋁構(gòu)成的保護(hù)層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有上/下轉(zhuǎn)換發(fā)光結(jié)構(gòu)的晶體硅太陽(yáng)能電池，其特征是 所述的上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料包括(SiO2)x (TiO2) “ Er3+和NaYF4: Er3+。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有上/下轉(zhuǎn)換發(fā)光結(jié)構(gòu)的晶體硅太陽(yáng)能電池，其特征是 所述的下轉(zhuǎn)換發(fā)光材料包括Y3Al5O12 :Nd3+/Ce3+和LiGdF4: Eu3+。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有上/下轉(zhuǎn)換發(fā)光結(jié)構(gòu)的晶體硅太陽(yáng)能電池的制備方法， 其特征是包括如下步驟將晶體硅片進(jìn)行清洗、制絨、擴(kuò)散處理；然后在晶體硅片的前、背表面分別制備表面鈍化層；接著在晶體硅片背表面鈍化層上制備由上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料構(gòu)成的薄膜層、或者是由下轉(zhuǎn)換發(fā)光材料構(gòu)成的薄膜層、或者是由上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料構(gòu)成的薄膜層與下轉(zhuǎn)換發(fā)光材料構(gòu)成的薄膜層的復(fù)合薄膜層；最后在該薄膜層或者復(fù)合薄膜層表面制備氮化硅、氮化鋁、氧化硅或氧化鋁構(gòu)成的保護(hù)層。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的具有上/下轉(zhuǎn)換發(fā)光結(jié)構(gòu)的晶體硅太陽(yáng)能電池的制備方法， 其特征是采用激光或光刻工藝在所述的保護(hù)層上刻蝕出局部電接觸區(qū)域，結(jié)合濺射、蒸鍍、絲網(wǎng)印刷工藝或電鍍工藝得到前、背接觸電極，完成電池制作。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種具有上/下轉(zhuǎn)換發(fā)光結(jié)構(gòu)的晶體硅太陽(yáng)能電池及其制備方法，該晶體硅太陽(yáng)能電池在晶體硅片背表面鈍化層的表面增加由上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料構(gòu)成的薄膜層或/和由下轉(zhuǎn)換發(fā)光材料構(gòu)成的薄膜層，在該薄膜層表面制備由氮化硅、氮化鋁、氧化硅或氧化鋁構(gòu)成的保護(hù)層，從而形成對(duì)上/下轉(zhuǎn)換發(fā)光材料的包覆結(jié)構(gòu)，一方面將沒(méi)有被晶體硅太陽(yáng)能電池有效利用的傳到電池背表面的太陽(yáng)光通過(guò)上轉(zhuǎn)換發(fā)光過(guò)程或/和下轉(zhuǎn)換發(fā)光過(guò)程調(diào)整到能夠被晶體硅電池有效利用的可見(jiàn)光，另一方面有效避免對(duì)電池前表面的光譜響應(yīng)產(chǎn)生負(fù)面影響，因此能夠有效提高電池的光電轉(zhuǎn)化效率，在高效晶體硅電池領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)H01L31/18GK102364691SQ201110318840
公開(kāi)日2012年2月29日 申請(qǐng)日期2011年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月19日
發(fā)明者萬(wàn)青, 張洪亮, 竺立強(qiáng), 肖惠 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所