[发明专利]具有一维光子晶体的上转换非晶硅太阳电池及其制造工艺

说明书

技术领域

    本发明涉及一种太阳能电池，特别涉及一种同时结合和上转换技术与一维光子晶体全反射技术的新型太阳电池的结构和制备方法。

背景技术

当前太阳能发电技术已经得到了一定程度的应用与发展，但是并没有大规模普及，其中一个重要的原因是太阳能电池的成本过高，为降低太阳电池的成本，一方面要减少太阳电池的生产制造成本。另一方面要提高太阳电池的转换效率。

非晶硅太阳电池属于薄膜电池，其厚度只有0.2至0.4微米。晶硅太阳电池的厚度为200微米左右，前者可以大大节省材料成本。然而前者的转换效率没有后者高，限制了其应用和发展。

发明内容

发明目的：本发明的目的是为了解决现有技术中的不足，提供一种转换效率高、节省材料的具有一维光子晶体的上转换非晶硅太阳电池及其制造工艺。

技术方案：本发明所述的一种具有一维光子晶体的上转换非晶硅太阳电池，其结构由上往下依次为非晶硅太阳电池、乙烯-醋酸乙烯共聚物EVA、上转换器、乙烯-醋酸乙烯共聚物EVA、一维光子晶体反射镜。

作为优选，所述非晶硅太阳电池包括玻璃衬底、透明导电电极（TCO）、窗口层p层、本征层i层和n层。

作为优选，所述上转换器是由卤化物、氧化物、或者硫化物等粉末状或者玻璃态的含有稀土离子掺杂的物质制成。

本发明还公开了一种具有一维光子晶体的上转换非晶硅太阳电池的制造工艺：

（1）制备非晶硅太阳电池：

1）采用常规工艺，利用直流磁控溅射技术制备掺铝氧化锌透明导电前电极；

2）利用PECVD依次沉积非晶硅太阳电池的p层、i层、n层，所用气源为硅烷与磷烷、硅烷与氢气、硅烷与硼烷；

3）利用直流磁控溅射技术制备掺铝氧化锌透明导电后电极；

（2）制备上转换器：

1）采用水热法合成上转换材料，上转换由基质和和掺杂在其中三价稀土离子组成，稀土离子为材料的发光中心；

2）将所得上转换材料与固化材料聚二甲基硅氧烷混合均匀呈胶体状，使用匀胶机采用旋涂的方式制备出薄层状的上转换器；

（3）制备一维光子晶体反射镜：

1）采用PECVD技术沉积一层高折射率的氮化硅薄膜，所用气源为氨气、硅烷；

2）采用PECVD技术沉积一层低折射率的氢化非晶硅薄膜，所用气源为硅烷与氢气；

3）重复过程1）和过程2），形成一维光子晶体；

（4）叠层：

1）根据电池的面积剪裁合适大小的EVA；

2）按照顺序依从下到上依次将一维光子晶体反射镜、EVA、上转换器、EVA、非晶硅太阳电池进行叠层；

（5）层压：叠层后放入层压机中将进行层压，将非晶硅太阳电池、上转换器、一维光子晶体反射镜封装在一起形成具有一维光子晶体反射镜的上转换太阳电池。

作为优选，所述步骤导电前电极方块电阻为10Ω，厚度为450-500nm；

作为优选，所述氮化硅薄膜的折射率为1.3-2.1，厚度为35-45nm。

作为优选，所述氢化非晶硅薄膜的折射率为3.2-4.2，膜厚为70-80nm。

有益效果：本发明一种具有一维光子晶体的上转换非晶硅太阳电池，将上转换技术与光子晶体反射镜的全反射技术结合在一起应用于非晶硅太阳电池，上转换器的应用可以增加非晶硅太阳电池对近红外光子的利用，提高太阳电池的短路电流，进而提高太阳电池的转换效率。一维光子晶体背反射镜可以增强反射效果，减少光子的透射损失，有利于提高电池的转换效率。同时一维光子晶体取代金属反射镜，可以降低材料成本，可利用非晶硅太阳电池的生产设备进行制备，无需增加设备成本。

附图说明

图1为本发明具有一维光子晶体的上转换非晶硅太阳电池的结构示意图。

图2为本发明反射镜的反射图谱图。

具体实施方式

如图1和图2所示的一种具有一维光子晶体的上转换非晶硅太阳电池，其结构由上往下依次为非晶硅太阳电池1、乙烯-醋酸乙烯共聚物EVA2、上转换器3、乙烯-醋酸乙烯共聚物EVA2、一维光子晶体反射镜4，其中非晶硅太阳电池1包括玻璃衬底、透明导电电极（TCO）、窗口层p层、本征层i层和n层，上转换器是由卤化物、氧化物、或者硫化物等粉末状或者玻璃态的含有稀土离子掺杂的物质制成。

本发明还公开了一种具有一维光子晶体的上转换非晶硅太阳电池的制造工艺：

（1）制备非晶硅太阳电池：