[发明专利]具有上/下转换发光结构的晶体硅太阳能电池及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及晶体硅太阳能电池技术领域，具体涉及一种具有上/下转换发光结构的晶 体硅太阳能电池及其制备方法。

背景技术

随着人类历史进入二十一世纪，能源危机和环境污染已经成为制约人类文明健康发 展的全球问题，开发可靠安全的绿色能源已经成为解决危机的主要方法之一，在这一背 景下，世界各国对新能源技术开发的投入日益增多。

太阳能电池作为清洁能源利用的最重要方式之一，近年来得到了快速发展。在太阳 能电池应用中，晶体硅太阳能电池的技术相对成熟并且原材料充足，占据了光伏市场 80％以上的市场份额，预计在未来的10～20年内依然是光伏市场的主流。然而，太阳 能电池的综合成本还远远高于传统能源的成本，其推广应用还存在严重瓶颈，如果失去 积极财政政策的支持，光伏产业的发展将受到严重影响。因此，降低太阳能电池生产成 本、提高电池光电转化效率显得尤为重要。

从电池的生产成本考虑，一方面要求电池材料能够方便获得并尽量减少材料的使用 量，另一方面需要减小电池生产工艺的复杂度，降低工艺温度。从太阳光利用率角度考 虑，需要通过适当的电池结构和材料设计提高电池对太阳光的吸收率。在有效利用光生 载流子方面，需要增加光生载流子的扩散长度，减少光生载流子被电极收集前的复合。

在晶体硅太阳能电池应用中，由于电池成本缩减的需求，作为晶体硅太阳能电池材 料的晶体硅片的厚度不断变小，电池的光电转换效率也越来越受到晶体硅片厚度的影 响。一方面，由于晶体硅为间接带隙半导体，它对太阳光的吸收率比较小，随着晶体硅 片厚度的减小，越来越多的光子将传到晶体硅片的背部，电池的光谱响应将受到严重影 响。第二方面，随着晶体硅片厚度的减小，电池效率越来越受电池表面的电子空穴复合 速率的影响；现有晶体硅太阳能电池主要采用前表面绒面结构结合氮化硅减反膜来提高 入射光的利用率，同时采用丝网印刷铝背场来减小背表面的复合速率，其中前表面氮化 硅兼具前表面钝化及减反射的双重效果，而Al背场兼具背表面钝化和背部电流收集功 能；但是，丝网印刷工艺得到的铝背场(Al-BSF)的背表面钝化效果非常有限，光生载流 子在背表面的扩散长度比较短，背表面的复合速率也比较高；另外，随着晶体硅片厚度 的减小，烧结工艺容易导致晶体硅片的弯曲变形，影响电池的成品率。第三方面，由于 晶体硅的光学带隙为1.1eV左右，与太阳光谱的匹配性比较差，能量小于1.1eV的太阳 光子不能被电池利用，而能量大于1.1eV的光子被材料吸收后部分能量将转化为晶格振 动能，两项能量损失累计占太阳光谱能量的约50％左右。

为了改善电池的光谱响应，人们将下转换发光材料沉积于晶体硅太阳能电池的上表 面，但是这一技术方案也有很多不足。其中最重要的负面因素是这种技术方案严重影响 了电池前表面的光谱特性，而且当入射光子在经过下转换发光过程后，发出的光子将向 多个方向运动，极大地限制了晶体硅太阳能电池光电转换效率的提高。

因此，随着晶体硅片厚度的减小，如何有效地提高晶体硅太阳能电池的光电转换效 率，已经成为高效晶体硅太阳能电池研究开发的一个重要课题。

发明内容

本发明的技术目的是针对上述技术现状，提出一种具有上/下转换发光结构的晶体硅 太阳能电池及其制备方法，该晶体硅太阳能电池能够在不影响电池前表面光谱特性的基 础上改善电池的光谱响应，提高电池的光电转化效率。

本发明实现上述技术目的所采用的技术方案为：一种具有上/下转换发光结构的晶体 硅太阳能电池，包括经清洗、制绒、扩散处理的晶体硅片、位于晶体硅片前表面的钝化 层、位于晶体硅片背表面的钝化层以及金属电极，其特征是：所述的晶体硅片背表面钝 化层的表面是由上转换发光材料构成的薄膜层，或者是由下转换发光材料构成的薄膜 层，或者是由上转换发光材料构成的薄膜层与下转换发光材料构成的薄膜层的复合薄膜 层，在所述的薄膜层或者复合薄膜层的表面是由氮化硅、氮化铝、氧化硅或氧化铝构成 的保护层。