[发明专利]一种量子剪裁提高硅薄膜太阳能电池效率的新方法

说明书

技术领域

本发明属于太阳能电池技术领域，涉及一种量子剪裁提高硅薄膜太阳能电池效率的新方法。

背景技术

随着社会经济的发展，在人们的日常生活和工作中对能源的需求越来越大。传统的石化能源随着使用而逐渐减少，同时全球还有很多地区得不到正常的能源供应，并且常规能源的使用很容易破坏地球上的生态环境。所有这些促使科研人员对新能源的研究越来越重视。目前可供人们开发和利用的可再生能源有太阳能、风能、潮汐能、氢能、地热能等。太阳能拥有取之不尽、用之不竭、无污染以及廉价的特性，因而成为人们重视的焦点。由于太阳能具备上面的一些优点，使得太阳能具有巨大的研究和利用价值。

在太阳能量开发进程中，光伏技术因其具有清洁安全且无噪声，可靠性高，应用范围广，结构简单，容易维护，逐步是成为最具活力的研究领域。但是，由于包括硅薄膜太阳能电池的光伏技术太阳能利用过程中存在多种形式的能量损失，导致了太阳能电池的转换效率一直不是很高：一、光学反射和透射损失。不是所有照射到光伏电池表面处的光子都能被太阳能电池吸收，其中有一部分在电池表面被再次反射到空气中，还有一部分穿透过光伏电池。二、低能量光子的能量浪费。低于光伏电池用材料的禁带宽度能量的光子不足以激发价带电子跃迁至导带，这使得波长大于半导体本征吸收限的长波光子对光电转换没有贡献，进而造成大量的光能损失。三、高能量光子的能量损失。由于晶体结构的原因，使得高能光子并不能激发与其能量相应比例的电子—空穴对数目。它们在激发产生一对电子—空穴对之后，多余的能量大多以声子散射的形式转化成为了热能，造成能量损失。如何减少高能量光子的能量损失是本论文的主要研究内容。四、光生电子—空穴对的复合导致的能量损失。光子激发形成的电子一空穴对在未受到或者受到pn结内建电场推动下贡献于光电流之前，存在一定几率发生电子—空穴的复合，进而导致了光能利用率的降低。

2005年，Richards，B.S.计算了对于单结太阳能电池的两大主要能量损失：在AMl.5条件下，能量低于电池材料禁带宽度的光子损失大约为164瓦每平方米；而晶格热震动产生的能量损失为149瓦每平方米。2006年，T.Trupke等人再次分析了在真实的空间环境下上转换材料的光辐射复合的效率，给出了上转换系统的光谱特性。在AMl.5G条件下，对于双面硅太阳能电池，将上转换材料放置在电池的背面，测得电池的转换效率为40.2％，性能优于串联太阳能电池叫。2007年，Badescu，V.详细讨论了T.Trupke等人的上、下转换理论。文章中考虑了三种影响电池效率的因素：电池和光子转换材料的非辐射复合特性、折射率和太阳光的入射强度。得到了如下的主要结论：转换材料后置的电池系统的转换效率能够高于转换材料前置的太阳能电池系统。现有技术方案直接添加上下转换材料，不利于吸收形成质量较好的膜层。

发明内容

为了克服现有技术中存在的缺陷，本发明提供一种量子剪裁提高硅薄膜太阳能电池效率的新方法，采用含有上、下转换材料的功能纳米SiO₂薄膜增加Si薄膜太阳能电池对光的吸收，首先制备含有上下转换材料的SiO₂溶胶，然后采用旋涂或提拉法制备SiO₂颗粒可控的薄膜，该膜层不仅含有上、下转换材料还能够保护Si膜以及Ag或Al金属膜不受影响。其技术方案如下：

一种量子剪裁提高硅薄膜太阳能电池效率的新方法，包括以下步骤：

（1）将稀土氧化物配置出2mol/L的Y(NO₃)₃、Yb(NO₃)₃、Er(NO₃)₃稀土盐溶液；

（2）将1.5gCTAB，8mL正庚烷和1000μL正己醇滴入锥形瓶，室温电磁搅拌20分钟左右，随后加入500μL含Ln³⁺的溶液，溶液体积比控制为Y³⁺:Yb³⁺:Er³⁺=78：20：2；

（3）加入550μL的NaF和6μL的HF，搅拌30分钟左右，将PH值调节为1.5-3的酸性溶液；

（4）静置20分钟后将溶液移入50mL的不锈钢反应釜中，将其放入烘箱中，温度控制在150℃左右，持续加热5-8小时，然后在烘箱中自然冷却；

（5）静止12小时左右后，将反应后的溶液转入烧杯加10mL丙酮并震荡；