本發(fā)明屬于太陽(yáng)能電池制造技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種稀土摻雜的晶體硅、其制備方法及太陽(yáng)能電池。
背景技術(shù)：
太陽(yáng)能電池分為晶體硅太陽(yáng)能電池和非晶硅太陽(yáng)能電池，由于晶體硅太陽(yáng)能電池具有較長(zhǎng)的使用壽命以及相對(duì)非晶硅薄膜電池的材料制備工藝更加簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，晶體硅太陽(yáng)能電池逐漸成為太陽(yáng)能電池市場(chǎng)的主流。
制作晶體硅太陽(yáng)能電池主要是以晶體硅片材料為基礎(chǔ)，其工作原理是利用晶體硅片材料吸收光能后發(fā)生光電轉(zhuǎn)換反應(yīng)產(chǎn)生電能。因此，提高晶體硅片的光電轉(zhuǎn)化效率是提高晶體硅太陽(yáng)能電池效率的重要途徑。
現(xiàn)有的硅片技術(shù)中，主要是在晶體硅片中摻入硼、鎵等三價(jià)元素形成P型半導(dǎo)體，或者是在晶體硅片中摻入磷等五價(jià)元素形成N型半導(dǎo)體，以提高晶體硅片的光電轉(zhuǎn)化效率，但是上述兩種技術(shù)方案中晶體硅片制成的太陽(yáng)能電池理論效率只有28％，實(shí)際效率只有23％左右，進(jìn)一步提升效率已非常困難，目前，亟需研發(fā)一種更高轉(zhuǎn)化效率的晶體硅片。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提供一種稀土摻雜的晶體硅、其制備方法及太陽(yáng)能電池，本發(fā)明中的稀土摻雜的晶體硅制成的太陽(yáng)能電池具有更高的光電轉(zhuǎn)化效率。
本發(fā)明提供一種稀土摻雜的晶體硅，其特征在于，所述晶體硅為N型晶體硅或P型晶體硅；
所述稀土元素為鉺、釷、鈰、鐿和銩中的一種或幾種；
所述稀土元素的摻雜量為0.01ppba～1000ppba。
優(yōu)選的，所述晶體硅為單晶硅或多晶硅。
優(yōu)選的，所述稀土元素為釷和鈰、釷和鐿、鐿和鈰、或者為鉺和釷。
優(yōu)選的，所述稀土元素的摻雜量為10ppba～100ppba。
優(yōu)選的，所述P型晶體硅中硼和/或鎵的摻雜濃度為1×1015cm-3～2×1017cm-3；
所述N型晶體硅中磷的摻雜濃度為1×1015cm-3～2×1017cm-3。
本發(fā)明提供一種稀土摻雜的晶體硅的制備方法，包括以下步驟：
A)將稀土元素與硅料混合，熔融后進(jìn)行晶體生長(zhǎng)，得到晶體硅錠；
所述硅料為N型晶體硅料或P型晶體硅料，所述稀土元素為鉺、釷、鈰、鐿和銩中的一種或幾種；
所述稀土元素的摻雜量為0.01ppba～1000ppba；
B)將晶體硅錠在1000～1370℃下退火0.5～5小時(shí)，得到稀土摻雜的晶體硅。
優(yōu)選的，所述步驟B)中退火的溫度為1100～1350℃。
優(yōu)選的，所述步驟B)中退火的時(shí)間為1～4小時(shí)。
優(yōu)選的，所述步驟A)中熔融的溫度為1500～1600℃。
本發(fā)明提供一種太陽(yáng)能電池，包括頂板、粘結(jié)層、晶體硅片和背板；
所述晶體硅片由上文所述的稀土摻雜的晶體硅切片得到。
本發(fā)明提供一種稀土摻雜的晶體硅，其特征在于，所述晶體硅為N型晶體硅或P型晶體硅；所述稀土元素為鉺、釷、鈰、鐿和銩中的一種或幾種；所述稀土元素的摻雜量為0.01ppba～1000ppba。本發(fā)明通過(guò)在P型或N型晶體硅中摻雜一定量的稀土元素，能夠有效提高晶體硅的光譜吸收限，將晶體硅的吸收光譜由400～1100nm左右提高至1100nm以上的波長(zhǎng)，增加太陽(yáng)光的吸收率，從而提高了太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)化效率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本發(fā)明中的稀土摻雜的晶體硅制成的太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)化效率提高了0.1％以上，吸收的波長(zhǎng)范圍為400～1400nm。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明提供了一種稀土摻雜的晶體硅，其特征在于，所述晶體硅為N型晶體硅或P型晶體硅；
所述稀土元素為鉺、釷、鈰、鐿和銩中的一種或幾種；
所述稀土元素的摻雜量為0.01ppba～1000ppba。
在本發(fā)明中，所述晶體硅為N型晶體硅或P型晶體硅，所述晶體硅可以是單晶硅也可以是多晶硅，本發(fā)明對(duì)所述P型晶體硅中硼和/或鎵的摻雜量沒(méi)有特殊的限制，優(yōu)選為1×1015cm-3～2×1017cm-3，更優(yōu)選為5×1015cm-3～1×1017cm-3，最優(yōu)選1×1016cm-3～5×1016cm-3；本發(fā)明對(duì)所述N型晶體硅中磷的含量沒(méi)有特殊的限制，優(yōu)選為1×1015cm-3～2×1017cm-3，更優(yōu)選為2×1015cm-3～1×1016cm-3，最優(yōu)選為3×1015cm-3～5×1015cm-3。在本發(fā)明中，所述晶體硅優(yōu)選為晶體硅片。
在本發(fā)明中，所述稀土元素為鉺、釷、鈰、鐿和銩中的一種或幾種，更優(yōu)選為釷和鈰、釷和鐿、鐿和鈰、或者為鉺和釷；當(dāng)所述稀土元素為其中的兩種時(shí)，這兩種稀土元素的質(zhì)量比優(yōu)選為1∶10～10:1，更優(yōu)選為1∶8～8:1，最優(yōu)選為1:5～5:1；所述稀土元素的摻雜量為0.01ppba～1000ppba；優(yōu)選為10ppba～100ppna，更優(yōu)選為20ppba～80ppba，具體的，在本發(fā)明的實(shí)施例中，可以是1ppba。
本發(fā)明中的稀土摻雜的晶體硅的光譜吸收限為400～1400nm，優(yōu)選為1100nm以上，本發(fā)明將晶體硅的光譜吸收限提高到了1100nm以上，增加太陽(yáng)光的吸收率，從而提高了太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)化效率。。
本發(fā)明還提供了一種稀土摻雜的晶體硅的制備方法，包括以下步驟：
A)將稀土元素與硅料混合，熔融后進(jìn)行晶體生長(zhǎng)，得到晶體硅錠；
所述硅料為N型晶體硅料或P型晶體硅料，所述稀土元素為鉺、釷、鈰、鐿和銩中的一種或幾種；
所述稀土元素的摻雜量為0.01ppba～1000ppba；
B)將晶體硅錠在1000～1370℃下退火0.5～5小時(shí)，得到稀土摻雜的晶體硅。
本發(fā)明將稀土元素與硅料混合，熔融后進(jìn)行晶體生長(zhǎng)，得到晶體硅錠，在本發(fā)明中，所述硅料優(yōu)選為N型晶體硅或P型晶體硅，所述N型晶體硅或P型晶體硅中磷、鎵、硼的摻雜量與上文中N型晶體硅或P型晶體硅磷、鎵、硼的摻雜量一致，在此不再贅述。所述稀土元素為鉺、釷、鈰、鐿和銩中的一種或幾種，更優(yōu)選為釷和鈰、釷和鐿、鐿和鈰、或者為鉺和釷；所述稀土元素的摻雜量為0.01ppba～1000ppba；優(yōu)選為10ppba～100ppna，更優(yōu)選為20ppba～80ppba，具體的，在本發(fā)明的實(shí)施例中，可以是1ppba。
在本發(fā)明中，所述熔融的溫度優(yōu)選為1500～1600℃，更優(yōu)選為1530～1580℃，最優(yōu)選為1550～1560℃；本發(fā)明對(duì)所述熔融的時(shí)間沒(méi)有特殊的限制，能夠?qū)⑺龉枇虾拖⊥猎厝咳刍一旌暇鶆蚣纯伞?/p>
本發(fā)明對(duì)所述晶體生長(zhǎng)的方法沒(méi)有特殊的限制，采用本領(lǐng)域技術(shù)人員常用的晶體生長(zhǎng)的方法即可，在本發(fā)明中，需要生長(zhǎng)單晶硅時(shí)，可采用拉制的方法進(jìn)行單晶硅的生長(zhǎng)，需要生長(zhǎng)多晶硅時(shí)，可采用鑄錠定向生長(zhǎng)的方法進(jìn)行多晶硅的生長(zhǎng)。
在本發(fā)明中，所述拉晶生長(zhǎng)單晶硅的工藝優(yōu)選如下：通過(guò)1500℃～1600℃下熔融，并降溫至1430℃左右等徑，拉晶結(jié)束后單晶棒隨爐冷卻，出爐。所述鑄錠定向生長(zhǎng)的工藝優(yōu)選如下：通過(guò)1500℃～1600℃下熔融，并降溫至1430℃左右定向長(zhǎng)晶，長(zhǎng)晶結(jié)束后退火冷卻，出爐。
得到晶體硅錠后，本發(fā)明將晶體規(guī)定進(jìn)行退火，得到稀土摻雜的晶體硅，在本發(fā)明中，所述退火的溫度為1000～1370℃，優(yōu)選為1100～1350℃，更優(yōu)選為1200～1300℃，具體的，在本發(fā)明的實(shí)施例中，可以是1200℃；所述退火的時(shí)間優(yōu)選為0.5～5小時(shí)，更優(yōu)選為1～4小時(shí)，最優(yōu)選為2～3小時(shí)，具體的，在本發(fā)明的實(shí)施例中，可以是2小時(shí)。
本發(fā)明還提供了一種太陽(yáng)能電池，包括頂板、粘結(jié)層、晶體硅片和背板；
所述晶體硅片由上文所述的制備方法制得的稀土摻雜的晶體硅切片得到。
在本發(fā)明中，所述頂板、粘結(jié)層和背板均采用本領(lǐng)域技術(shù)人員常用的頂板、粘結(jié)層和背板即可，本發(fā)明對(duì)此沒(méi)有特殊的限制，在本發(fā)明中，所述晶體硅片為上文所述的稀土摻雜的晶體硅切片得到，本發(fā)明優(yōu)選將所述晶體硅片焊接制成硅片串，即電池串，本發(fā)明對(duì)所述電池串中晶體硅片的個(gè)數(shù)沒(méi)有特殊的限制，根據(jù)實(shí)際需求選擇合適的個(gè)數(shù)即可。本發(fā)明對(duì)所述晶體硅的尺寸沒(méi)有特殊的限制。
本發(fā)明優(yōu)選將上文中的稀土摻雜的晶體硅切片，然后將若干個(gè)晶體硅片焊接形成電池串，將頂板、粘結(jié)層、電池串和背板依次堆疊好好進(jìn)行層壓，即得到太陽(yáng)能電池。
本發(fā)明提供一種稀土摻雜的晶體硅，其特征在于，所述晶體硅為N型晶體硅或P型晶體硅；所述稀土元素為鉺、釷、鈰、鐿和銩中的一種或幾種；所述稀土元素的摻雜量為0.01ppba～1000ppba。本發(fā)明通過(guò)在P型或N型晶體硅中摻雜一定量的稀土元素，能夠有效提高晶體硅的光譜吸收限，將晶體硅的吸收光譜由400～1100nm左右提高至1100nm以上的波長(zhǎng)，增加太陽(yáng)光的吸收率，從而提高了太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)化效率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本發(fā)明中的稀土摻雜的晶體硅制成的太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)化效率提升0.1％以上。
為了進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明，以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明提供的一種稀土摻雜的晶體硅、其制備方法及太陽(yáng)能電池進(jìn)行詳細(xì)描述，但不能將其理解為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限定。
實(shí)施例1
將1g鉺與800kgP型晶體硅混合，在1500℃下熔融，將熔融的混合硅料在1420℃下進(jìn)行晶體生長(zhǎng)，得到多晶硅錠；
將多晶硅錠在1000℃下退火1小時(shí)，得到晶體硅片。
本發(fā)明將本實(shí)施例的晶體硅片制成太陽(yáng)能電池，并對(duì)太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果表明，本實(shí)施例得到的太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)化效率提升了0.1％，吸收的波長(zhǎng)范圍為400～1400nm。
實(shí)施例2
將2g釷與1000kgN型晶體硅混合，在1600℃下熔融，將熔融的混合硅料在1430℃下進(jìn)行晶體生長(zhǎng)，得到多晶硅錠；
將多晶硅錠在1200℃下退火1小時(shí)，得到晶體硅片。
本發(fā)明將本實(shí)施例的晶體硅片制成太陽(yáng)能電池，并對(duì)太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果表明，本實(shí)施例得到的太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)化效率提升了0.1％，吸收的波長(zhǎng)范圍為400～1400nm。
實(shí)施例3
將0.1g釷、0.9g鈰與800kgP型晶體硅混合，在1500℃下熔融，將熔融的混合硅料在1430℃下進(jìn)行晶體生長(zhǎng)，得到多晶硅錠；
將多晶硅錠在1200℃下退火1小時(shí)，得到晶體硅片。
本發(fā)明將本實(shí)施例的晶體硅片制成太陽(yáng)能電池，并對(duì)太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果表明，本實(shí)施例得到的太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)化效率提升了0.2％，吸收的波長(zhǎng)范圍為400～1400nm。
實(shí)施例4
將0.5g釷、0.8g鐿與900kgN型晶體硅混合，在1600℃下熔融，將熔融的混合硅料在1420℃下進(jìn)行晶體生長(zhǎng)，得到多晶硅錠；
將多晶硅錠在1350℃下退火2小時(shí)，得到晶體硅片。
本發(fā)明將本實(shí)施例的晶體硅片制成太陽(yáng)能電池，并對(duì)太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果表明，本實(shí)施例得到的太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)化效率提升了0.2％，吸收的波長(zhǎng)范圍為400～1400nm。
實(shí)施例5
將0.5g鉺、0.5g釷與800kgN型晶體硅混合，在1600℃下熔融，將熔融的混合硅料在1430℃下進(jìn)行晶體生長(zhǎng)，得到多晶硅錠；
將多晶硅錠在1350℃下退火2小時(shí)，得到晶體硅片。
本發(fā)明將本實(shí)施例的晶體硅片制成太陽(yáng)能電池，并對(duì)太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果表明，本實(shí)施例得到的太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)化效率為0.2％，吸收的波長(zhǎng)范圍為400～1400nm。
以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。