具有一維光子晶體的上轉(zhuǎn)換非晶硅太陽電池及其制造工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種具有一維光子晶體的上轉(zhuǎn)換非晶硅太陽電池，其結(jié)構(gòu)由上往下依次為非晶硅太陽電池、乙烯-醋酸乙烯共聚物EVA、上轉(zhuǎn)換器、乙烯-醋酸乙烯共聚物EVA、一維光子晶體反射鏡，其制造工藝包括制備非晶硅太陽電池、制備上轉(zhuǎn)換器、制備一維光子晶體反射鏡、疊層和層壓幾個步驟。本發(fā)明可以增加非晶硅太陽電池對近紅外光子的利用，提高太陽電池的短路電流，進而提高太陽電池的轉(zhuǎn)換效率。一維光子晶體背反射鏡可以增強反射效果，減少光子的透射損失，有利于提高電池的轉(zhuǎn)換效率。同時一維光子晶體取代金屬反射鏡，可以降低材料成本，可利用非晶硅太陽電池的生產(chǎn)設(shè)備進行制備，無需增加設(shè)備成本。
【專利說明】具有ー維光子晶體的上轉(zhuǎn)換非晶硅太陽電池及其制造エ藝
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及ー種太陽能電池，特別涉及ー種同時結(jié)合和上轉(zhuǎn)換技術(shù)與ー維光子晶體全反射技術(shù)的新型太陽電池的結(jié)構(gòu)和制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]當前太陽能發(fā)電技術(shù)已經(jīng)得到了一定程度的應用與發(fā)展，但是并沒有大規(guī)模普及，其中ー個重要的原因是太陽能電池的成本過高，為降低太陽電池的成本，一方面要減少太陽電池的生產(chǎn)制造成本。另一方面要提高太陽電池的轉(zhuǎn)換效率。
[0003]非晶硅太陽電池屬于薄膜電池，其厚度只有0.2至0.4微米。晶硅太陽電池的厚度為200微米左右，前者可以大大節(jié)省材料成本。然而前者的轉(zhuǎn)換效率沒有后者高，限制了其應用和發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]發(fā)明目的:本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供ー種轉(zhuǎn)換效率高、節(jié)省材料的具有ー維光子晶體的上轉(zhuǎn)換非晶硅太陽電池及其制造エ藝。
[0005]技術(shù)方案:本發(fā)明所述的ー種具有ー維光子晶體的上轉(zhuǎn)換非晶娃太陽電池，其結(jié)構(gòu)由上往下依次為非晶硅太陽電池、こ烯-醋酸こ烯共聚物EVA、上轉(zhuǎn)換器、こ烯-醋酸こ烯共聚物EVA、ー維光子晶體反射鏡。
[0006]作為優(yōu)選，所述非晶娃太陽電池包括玻璃襯底、透明導電電極(TC0)、窗ロ層p層、本征層i層和n層。
[0007]作為優(yōu)選，所述上轉(zhuǎn)換器是由鹵化物、氧化物、或者硫化物等粉末狀或者玻璃態(tài)的含有稀土離子摻雜的物質(zhì)制成。
[0008]本發(fā)明還公開了ー種具有ー維光子晶體的上轉(zhuǎn)換非晶硅太陽電池的制造エ藝:
(1)制備非晶硅太陽電池:
1)采用常規(guī)エ藝，利用直流磁控濺射技術(shù)制備摻鋁氧化鋅透明導電前電極；
2)利用PECVD依次沉積非晶硅太陽電池的p層、i層、n層，所用氣源為硅烷與磷烷、硅燒與氫氣、娃燒與硼燒;
3)利用直流磁控濺射技術(shù)制備摻鋁氧化鋅透明導電后電極；
(2)制備上轉(zhuǎn)換器:
1)采用水熱法合成上轉(zhuǎn)換材料，上轉(zhuǎn)換由基質(zhì)和和摻雜在其中三價稀土離子組成，稀土離子為材料的發(fā)光中心；
2)將所得上轉(zhuǎn)換材料與固化材料聚ニ甲基硅氧烷混合均勻呈膠體狀，使用勻膠機采用旋涂的方式制備出薄層狀的上轉(zhuǎn)換器；
(3)制備ー維光子晶體反射鏡:
1)采用PECVD技術(shù)沉積一層高折射率的氮化硅薄膜，所用氣源為氨氣、硅烷；
2)米用PECVD技術(shù)沉積一層低折射率的氫化非晶娃薄膜,所用氣源為娃燒與氫氣； 3)重復過程I)和過程2)，形成ー維光子晶體；
(4)置層:
1)根據(jù)電池的面積剪裁合適大小的EVA；
2)按照順序依從下到上依次將ー維光子晶體反射鏡、EVA、上轉(zhuǎn)換器、EVA、非晶硅太陽電池進行疊層；
(5)層壓:疊層后放入層壓機中將進行層壓，將非晶硅太陽電池、上轉(zhuǎn)換器、ー維光子晶體反射鏡封裝在一起形成具有ー維光子晶體反射鏡的上轉(zhuǎn)換太陽電池。
[0009]作為優(yōu)選，所述步驟導電前電極方塊電阻為IOQ，厚度為450_500nm ；
作為優(yōu)選，所述氮化硅薄膜的折射率為1.3-2.1，厚度為35-45nm。
[0010]作為優(yōu)選，所述氫化非晶硅薄膜的折射率為3.2-4.2，膜厚為70-80nm。
[0011]有益效果:本發(fā)明ー種具有ー維光子晶體的上轉(zhuǎn)換非晶硅太陽電池，將上轉(zhuǎn)換技術(shù)與光子晶體反射鏡的全反射技術(shù)結(jié)合在一起應用于非晶硅太陽電池，上轉(zhuǎn)換器的應用可以增加非晶硅太陽電池對近紅外光子的利用，提高太陽電池的短路電流，進而提高太陽電池的轉(zhuǎn)換效率。ー維光子晶體背反射鏡可以增強反射效果，減少光子的透射損失，有利于提高電池的轉(zhuǎn)換效率。同時ー維光子晶體取代金屬反射鏡，可以降低材料成本，可利用非晶硅太陽電池的生產(chǎn)設(shè)備進行制備，無需増加設(shè)備成本。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明具有ー維光子晶體的上轉(zhuǎn)換非晶硅太陽電池的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖2為本發(fā)明反射鏡的反射圖譜圖。
【具體實施方式】
[0014]如圖1和圖2所示的ー種具有ー維光子晶體的上轉(zhuǎn)換非晶硅太陽電池，其結(jié)構(gòu)由上往下依次為非晶硅太陽電池1、こ烯-醋酸こ烯共聚物EVA2、上轉(zhuǎn)換器3、こ烯-醋酸こ烯共聚物EVA2、ー維光子晶體反射鏡4，其中非晶硅太陽電池I包括玻璃襯底、透明導電電極(TCO)、窗ロ層p層、本征層i層和n層，上轉(zhuǎn)換器是由鹵化物、氧化物、或者硫化物等粉末狀或者玻璃態(tài)的含有稀土離子摻雜的物質(zhì)制成。
[0015]本發(fā)明還公開了ー種具有ー維光子晶體的上轉(zhuǎn)換非晶硅太陽電池的制造エ藝:
(1)制備非晶硅太陽電池:
I)采用常規(guī)エ藝，利用直流磁控濺射技術(shù)制備摻鋁氧化鋅透明導電前電極，電極方塊電阻為10 Q，厚度為450-500nm ；
3)利用PECVD依次沉積非晶硅太陽電池的p層、i層、n層，所用氣源為硅烷與磷烷、硅燒與氫氣、娃燒與硼燒;
3)利用直流磁控濺射技術(shù)制備摻鋁氧化鋅透明導電后電極；
(2)制備上轉(zhuǎn)換器:
I)采用水熱法合成上轉(zhuǎn)換材料，上轉(zhuǎn)換由基質(zhì)和和摻雜在其中三價稀土離子組成，稀土離子為材料的發(fā)光中心，其作用是實現(xiàn)對光子能量的轉(zhuǎn)換，吸收兩個或者以上的低能光子輻射出來一個高能光子。一般選用稀土 Er3+作為摻雜離子?；|(zhì)的作用是為稀土離子提供晶體場，基質(zhì)按照其化學成分劃分可以是氯化物、氧化物或者硫化物，目前多采用氯化物因為具有較小的聲子能量；
2)將所得上轉(zhuǎn)換材料與固化材料聚ニ甲基硅氧烷混合均勻呈膠體狀，使用勻膠機采用旋涂的方式制備出薄層狀的上轉(zhuǎn)換器；
(3)制備ー維光子晶體反射鏡:
I)采用PECVD技術(shù)沉積一層高折射率的氮化硅薄膜，折射率為1.3-2.1，厚度為35-45nm,所用氣源為氨氣、娃燒；
3)采用PECVD技術(shù)沉積一層低折射率的氫化非晶硅薄膜，折射率為3.2-4.2，膜厚為70_80nm,所用氣源為娃燒與氫氣；
3)重復過程I)和過程2)，形成ー維光子晶體；
(4)置層:
1)根據(jù)電池的面積剪裁合適大小的EVA；
2)按照順序依從下到上依次將ー維光子晶體反射鏡、EVA、上轉(zhuǎn)換器、EVA、非晶硅太陽電池進行疊層；
(5)層壓:疊層后放入層壓機中將進行層壓，將非晶硅太陽電池、上轉(zhuǎn)換器、ー維光子晶體反射鏡封裝在一起形成具有ー維光子晶體反射鏡的上轉(zhuǎn)換太陽電池。
[0016]本發(fā)明ー種具有ー維光子晶體的上轉(zhuǎn)換非晶娃太陽電池，將上轉(zhuǎn)換技術(shù)與光子晶體反射鏡的全反射技術(shù)結(jié)合在一起應用于非晶硅太陽電池，上轉(zhuǎn)換器的應用可以增加非晶硅太陽電池對近紅外光子的利用，提高太陽電池的短路電流，進而提高太陽電池的轉(zhuǎn)換效率。ー維光子晶體背反射鏡可以增強反射效果，減少光子的透射損失，有利于提高電池的轉(zhuǎn)換效率。同時ー維光子晶體取代金屬反射鏡，可以降低材料成本，可利用非晶硅太陽電池的生產(chǎn)設(shè)備進行制備，無需增加設(shè)備成本。
【權(quán)利要求】
1.ー種具有ー維光子晶體的上轉(zhuǎn)換非晶硅太陽電池，其特征在于:其結(jié)構(gòu)由上往下依次為非晶硅太陽電池(I)、乙烯-醋酸乙烯共聚物EVA (2)、上轉(zhuǎn)換器(3)、乙烯-醋酸乙烯共聚物EVA (2)、ー維光子晶體反射鏡(4)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ー種具有ー維光子晶體的上轉(zhuǎn)換非晶硅太陽電池，其特征在干:所述非晶硅太陽電池(I)包括玻璃襯底、透明導電電極(TCO)、窗ロ層p層、本征層i層和n層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ー種具有ー維光子晶體的上轉(zhuǎn)換非晶硅太陽電池，其特征在于:所述上轉(zhuǎn)換器是由鹵化物、氧化物、或者硫化物等粉末狀或者玻璃態(tài)的含有稀土離子摻雜的物質(zhì)制成。
4.ー種具有ー維光子晶體的上轉(zhuǎn)換非晶硅太陽電池的制備エ藝如下: (1)制備非晶硅太陽電池: I)采用常規(guī)エ藝，利用直流磁控濺射技術(shù)制備摻鋁氧化鋅透明導電前電極； 利用PECVD依次沉積非晶硅太陽電池的p層、i層、n層，所用氣源為硅烷與磷烷、硅烷與氫氣、硅烷與硼燒； 3)利用直流磁控濺射技術(shù)制備摻鋁氧化鋅透明導電后電極； (2)制備上轉(zhuǎn)換器: 1)采用水熱法合成上轉(zhuǎn)換材料，上轉(zhuǎn)換由基質(zhì)和和摻雜在其中三價稀土離子組成，稀土離子為材料的發(fā)光中心； 2)將所得上轉(zhuǎn)換材料與固化材料聚二甲基硅氧烷混合均勻呈膠體狀，使用勻膠機采用旋涂的方式制備出薄層狀的上轉(zhuǎn)換器； (3)制備ー維光子晶體反射鏡: I)采用PECVD技術(shù)沉積一層高折射率的氮化硅薄膜，所用氣源為氨氣、硅烷； 米用PECVD技術(shù)沉積一層低折射率的氫化非晶娃薄膜,所用氣源為硅烷與氫氣； 3)重復過程I)和過程2)，形成ー維光子晶體； (4)置層: 1)根據(jù)電池的面積剪裁合適大小的EVA； 2)按照順序依從下到上依次將ー維光子晶體反射鏡、EVA、上轉(zhuǎn)換器、EVA、非晶硅太陽電池進行疊層； (5)層壓:疊層后放入層壓機中將進行層壓，將非晶硅太陽電池、上轉(zhuǎn)換器、ー維光子晶體反射鏡封裝在一起形成具有ー維光子晶體反射鏡的上轉(zhuǎn)換太陽電池。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的ー種具有ー維光子晶體的上轉(zhuǎn)換非晶硅太陽電池的制備エ藝，其特征在于:所述步驟導電前電極方塊電阻為IOQ，厚度為450-500nm。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的ー種具有ー維光子晶體的上轉(zhuǎn)換非晶硅太陽電池的制備エ藝，其特征在于:所述氮化硅薄膜的折射率為1.3-2.1，厚度為35-45nm。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的ー種具有ー維光子晶體的上轉(zhuǎn)換非晶硅太陽電池的制備エ藝，其特征在于:所述氫化非晶硅薄膜的折射率為3.2-4.2，膜厚為70-80nm。
【文檔編號】H01L31/054GK103606583SQ201310641793
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年12月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月5日
【發(fā)明者】周建朋, 湯葉華, 馬躍, 夏建漢, 郝秀利, 王孟 申請人:歐貝黎新能源科技股份有限公司