[发明专利]稀土离子掺杂稀土氟氧化物的晶体硅太阳能电池结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种晶体硅太阳能电池的结构，尤其涉及一种基于稀土离子掺杂稀土氟氧化物的晶体硅太阳能电池结构。属于太阳能电池领域。

背景技术

由于全球性的能源危机和对环境保护的日益重视，可再生能源的开发利用在整个能源构成中的比例越来越大。太阳能是人类取之不尽用之不竭的可再生能源，也是清洁、不产生任何环境污染的能源。而太阳能电池是开发利用太阳能最有效的方法，目前硅太阳能电池在太阳能电池中占主导地位，而制约硅太阳能电池普及和发展的主要因素是成本高、光电转换效率低，因此设计新型高效硅太阳能电池具有十分重要的意义。

硅太阳能电池光电转换效率低的原因之一是它无法对太阳光中的大部分能量加以利用，硅半导体的能带隙为1.12eV，只有波长小于1100nm太阳光才能在硅太阳能电池中进行光电转化，而波长大于1100nm的红外光则无法被硅太阳能电池吸收利用。并且红外光所含热能比例大，会导致硅太阳能电池温度上升，降低电池寿命。

稀土离子的掺杂可以大大提高上转换效率，并可以将红外光高效的转换成可见光。1993年Wang和Ohwaki发现Er³⁺、Yb³⁺共掺杂的SiO₂-Al₂O₃-PbF₂-CdF₂透明玻璃陶瓷可将980nm的光转换为可见光，其效率远高于氟化物。

经文献检索发现，公开号为CN102184998A的中国发明专利申请公开了一种新型晶体硅太阳能电池结构，该发明是在硅太阳能电池减反射膜表面引入一层稀土氟化物上转换发光材料，可以将红外光转换成可见光，从而提高硅太阳能电池的光电转化效率，改善电池的性能。但稀土氟化物机械强度和化学稳定性差、上转换效率低，制备工艺复杂、应用困难。

稀土氟氧化物是一种上转换材料，同时兼具稀土氟化物和稀土氧化物等上转换材料的声子能量小、上转换效率高、机械强度和化学稳定性好等优点。在硅太阳能电池中引入一层稀土离子掺杂稀土氟氧化物薄膜，可以扩展和增强硅太阳能电池吸收太阳光中红外光，提高电池光电转换效率，减少红外光对电池的破坏，延长电池寿命。

因此，本领域的技术人员致力于开发制备工艺简单，具有高上转换效率、高光电转化效率的晶体硅太阳能电池结构。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种具有高上转换效率和高光电转化效率的新型晶体硅太阳能电池结构。

为实现上述目的，本发明提供了一种可将红外光转换成可被硅太阳能电池吸收利用的可见光的，基于稀土离子掺杂稀土氟氧化物的新型高效晶体硅太阳能电池结构。

本发明的基于稀土离子掺杂稀土氟氧化物的新型高效晶体硅太阳能电池结构，是在传统硅太阳能电池的基础上，在减反射膜表面引入一层稀土离子掺杂稀土氟氧化物薄膜。由于稀土氟氧化物是兼具稀土氟化物和稀土氧化物等优点的上转换材料，其上转换效率高，机械强度和化学稳定性好。同时，稀土离子的掺杂也可进一步提高稀土氟氧化物的上转换效率，并可将太阳光中波长大于1100nm的红外光转换为可被晶体硅吸收利用的可见光。因此，在晶体硅太阳能电池结构引入稀土离子掺杂稀土氟氧化物的薄膜能增加对红外光的吸收和利用，提高硅太阳能电池的光电转换效率和上转换效率，同时减少红外光对电池的破坏，延长电池的寿命。

本发明的基于稀土离子掺杂稀土氟氧化物的新型高效晶体硅太阳能电池结构，包括：依次自下而上相互叠加的背电极、银铝浆薄膜、P型晶体硅层、N型晶体硅层、减反射膜、稀土离子掺杂稀土氟氧化物膜、正电极。

本发明所述的背电极为条形铝电极，其厚度为10-20μm、宽度为2-3mm；采用丝网印刷工艺制得。

本发明所述的银铝浆薄膜的厚度为15-20μm，采用丝网印刷工艺制得。

本发明所述的P型晶体硅层为掺杂硼的单晶硅或多晶硅，采用高温离子扩散工艺制得。

本发明所述的N型晶体硅层为掺杂磷的单晶硅或多晶硅，采用高温离子扩散工艺制得。

本发明所述的减反射膜为氮化硅(Si₃N₄)或氧化硅(SiO)，膜厚为70nm；采用等离子化学气相沉积(PECVD)工艺制得。

本发明所述的稀土离子掺杂稀土氟氧化物膜的激发光波长大于1100nm，发射光波长在可见光范围内；采用等离子化学气相沉积(PECVD)工艺制得。