用于太阳能电池及其增效转换层制造技术

本发明专利技术涉及用于太阳能电池及其增效转换层，包括：硅粉；以稀土族氧卤化物为基质的荧光粉，荧光粉的激发原子选自Ｙｂ、Ｅｒ、Ｈｏ；及均匀掺填有该硅粉及该荧光粉的聚合物。该发光转换层将太阳光中的短波及红外光辐射移转至波长范围６１０ｎｍ至８００ｎｍ的光谱区域，以低成本的方式提升多晶硅太阳能电池的效率，并同时达到改善其电气参数的效果。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及绿色能源的太阳能电池
，特别是涉及具有发光转换层的多晶 硅太阳能电池。
技术介绍
硅制太阳能电池可分成三类单晶硅、多晶硅、及非晶硅。对于单晶硅与多晶硅，太 阳能电池中可移动的带电载体包括电子和电洞，但两者在硅芯片中电子和电洞数量不同 单晶硅具有高度的晶格规律性，晶格缺陷和杂质极少，使得电子的跃迁迁移性非常高；多晶 硅属于不均勻而多相的，通常在单独的电子模块增长之间具有较大的数值边界划分，使得 多晶硅中带电载体的可移动性较单晶硅可能要小10倍。单晶硅太阳能电池的效率极限为η = 24%，而多晶硅通常所能测得的效率极限 是η = 12-13%;而由成本的考虑上，多晶硅的材料成本通常比单晶硅便宜2. 8-3. 5倍，其 功率成本也相差2. 2-3. 5倍。本专利技术的主要目标，即为以多晶硅太阳能电池使太阳光能源 的取得成本更低。太阳辐射光谱与硅材料本身的光谱灵敏度存在着显著的差异，此为重要而应考虑 的另一因素。在图1的太阳光谱图中，最大辐射位于波长470nm处，整个辐射光谱由远红外 区域(> IOOOnm)延伸到紫外光区域(地球大气吸收太阳光波长< 290nm的光辐射区域)， 而与图2硅芯片的感光光谱相比较可看出，硅最灵敏的波长为1020nm，与硅1. 20eV (电子伏 特)的禁带能隙(Energy gap)相符；而太阳光谱的最大辐射波长为470nm，相对应的量子 能量2. 8eV，当硅吸收此波长的太阳光子时，一半以上的能量(1.6eV)将损耗于硅芯片的加 热，这称为热损失。而许多太阳辐射光子的能量小于硅能隙(1.20eV)，无法激发硅芯片的电 子电洞对，而被吸收后转换成热的形式加热硅芯片，这也减少带电载体的收集系数。另外， 当太阳光由空气入射硅芯片，二者的折射率差异造成太阳光的反射损失；通常可采用Si3N4 或SiO2镀膜来减少此损失，但无法完全消除之。多晶硅太阳能电池也有这三种形式的损失 效应，加上其多模块的结构缺陷，使得效能又比单晶硅降低60-80%，至今并没有可靠又有 效的方法来提升多晶硅太阳能电池的效率。中国专利申请案CN200810089003对太阳光谱以及单晶硅的感光光谱进行分析， 而引入填充荧光粉的发光转换层，可将单晶硅太阳能电池的效率提升15-20%。但此机制对 于多晶硅太阳能电池，造成非常大的带电载体扩散损失及低效率。韩国专利申请案KR20070112051提出对于多晶硅电池采用两种合成发光转换层， 在该发光转换层中掺填红外线荧光粉，其激活剂为Yb及Er，可吸收太阳辐射红外线的光谱 区域，而再发出红色光，因而增加多晶硅电子电洞对的数量及其效率。该发光转换层另掺填 自导电的纳米碳管以加强收集带电载体，而有效地将多晶硅太能电池效能提升20-48% ；但 其缺点是结合纳米碳管与红外线荧光粉，可能会导致多晶硅片上的转换层厚度不均勻。
技术实现思路
因此，为解决现有技术的缺点，提高多晶硅太阳能电池的效率，提高转换层在多晶 硅基板上厚度的均勻性，以及降低太阳能电池的成本，本专利技术的主要目的是提供一种用于 多晶硅太阳能电池的发光转换层，包括硅粉；以稀土族氧卤化物为基质的荧光粉，荧光粉 的激发原子选自Yb、Er、Ho ；及均勻掺填有该硅粉及该荧光粉的聚合物。该发光转换层将太 阳光中的短波及红外光辐射移转至波长范围eiOnm至SOOnm的光谱区域，以低成本的方式 提升多晶硅太阳能电池的效率。在本专利技术的发光转换层中，该硅粉的粒径为IOnm至50nm。在本专利技术的发光转换层中，该硅粉受太阳光短波辐射的激发，而发出波长范围为 610nm 至 800nm 的光。在本专利技术的发光转换层中，该稀土族氧卤化物为LaOF或YOCl。在本专利技术的发光转换层中，该荧光粉的粒径为50nm至200nm。在本专利技术的发光转换层中，该荧光粉受波长范围950nm至1 IOOnm的红外光辐射的 激发，而发出波长范围为eiOnm至680nm的红色可见光。在本专利技术的发光转换层中，该聚合物是以硅氧烷树脂及环氧树脂所合成，其分子 量为 15000 至 25000。在本专利技术的发光转换层中，该发光转换层的厚度为50至200微米。在本专利技术的发光转换层中，以发光转换层的总重量计，硅粉和荧光粉的总含量 为10重量％以下，优选0.2-2重量％，该硅粉与该荧光粉的重量比为1 8-5 1，优选 1:5-5:1。此外，本专利技术还提供一种多晶硅太阳能电池的制造方法，其包括提供多晶硅太阳 能电池基板；及将硅粉及荧光粉在聚合物中形成的悬浮体涂布在该多晶硅太阳能电池基板 表面上，形成本专利技术的发光转换层。该制造方法以低成本的方式提升多晶硅太阳能电池的 效率，并同时改善发光转换层厚度不均勻的问题。在本专利技术的多晶硅太阳能电池的制造方法中，以浸蚀或喷雾涂布所述悬浮体，然 后在高于100°C的温度下热烘0. 5-5小时使其固化。该方法中使用的聚合物是由硅氧烷树脂及环氧树脂所合成，其分子量为15000至 25000，折射率为 1. 45-1. 75。在本专利技术的一较佳实施例中，该硅粉受太阳光短波辐射(波长470nm附近)的激 发，而发出波长范围为eiOnm至SOOnm的光；而该荧光粉受波长范围950nm至IlOOnm的红 外光辐射的激发，而发出波长范围为eiOnm至680nm的红色可见光。此发光转换层将使入 射的太阳光辐射的能量集中于eiOnm至SOOnm的波长范围，为硅材料的感光光谱相对比较 灵敏的波长区域，以提升多晶硅太阳能电池的效率。在本专利技术再一较佳实施例中，该聚合物是以环氧树脂及硅氧烷-Si-O-C-O-Si-树 脂所合成，其分子量为15000至25000。该发光转换层在多晶硅芯片的表面(其上亦可包括 电极层、Si3N4、或SiO2)形成，为维持该转换层的透光性，其厚度是50至200微米。附图说明图1为地球北纬37. 5度太阳光辐射的光谱图。图2为硅芯片的感光光谱图。图3本专利技术发光转换层形成于多晶硅太阳能电池上的结构示意图。图4为本实施例的多晶硅太阳能电池样本的反射光谱，4a与4b分别为未包含与包 含本实施例的发光转换层。具体实施例方式为了让本专利技术上述及其它目的、特征、优点能更明显易懂，下文将特举本专利技术较佳 实施例，并配合附图，详细说明如下。通过如下方式制备本专利技术的发光转换层以浸蚀或喷雾的方法将硅粉及以稀土族 氧卤化物为基质、激发原子选自Yb、Er、Ho的荧光粉在聚合物中形成的悬浮体涂布在多晶 硅太阳能电池基板表面上，然后置入烤箱，在温度T = 110°C下热烘3. 5小时使其固化，以形 成发光转换层。参考图3，其为本专利技术的发光转换层形成于多晶硅太阳能电池基板上的结构示意 图。如图所示，本实施例包括一多晶硅太阳能电池芯片1及一发光转换层2，该发光转换层2 是由一聚合物中掺填有硅粉21，及以LaOF或YOCl为基质，激发原子选自Yb、Er、或Ho的荧光 粉22形成，该硅粉受太阳光短波辐射的激发，而发出波长范围为610nm至SOOnm的光；而该 荧光粉受波长范围950nm至IlOOnm的红外光辐射的激发，而发出波长范围为6IOnm至680nm 的红色可见光。此发光转换层将使入射的太阳光辐射的能量集中于610nm至SOOnm的波长范 围，为硅材料的感光本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于多晶硅太阳能电池的发光转换层，包括：硅粉；以稀土族氧卤化物为基质的荧光粉，荧光粉的激发原子选自Ｙｂ、Ｅｒ、Ｈｏ；及均匀掺填有该硅粉及该荧光粉的聚合物。

【技术特征摘要】
1. 一种用于多晶硅太阳能电池的发光转换层，包括娃粉；以稀土族氧卤化物为基质的荧光粉，荧光粉的激发原子选自％、Er、Ho ；及均勻掺填有该硅粉及该荧光粉的聚合物。2.根据权利要求1所述的用于多晶硅太阳能电池的发光转换层，其中该硅粉的粒径为 IOnm 至 50nmo3.根据权利要求1所述的用于多晶硅太阳能电池的发光转换层，其中该硅粉受太阳光 短波辐射的激发，而发出波长范围为6 IOnm至SOOnm的光。4.根据权利要求1所述的用于多晶硅太阳能电池的发光转换层，其中该稀土族氧卤化 物为LaOF或YOCl。5.根据权利要求1所述的用于多晶硅太阳能电池的发光转换层，其中该荧光粉的粒径 为 50nm 至 200nm。6.根据权利要求1所述的用于多晶硅太阳能电池的发光转换层，其中该荧光粉受波长 范围950nm至IlOOnm的红外光辐射的激发，而发出波长范围为6IOnm至680nm的红色可见光。7.根据权利要求1所述的用于多晶硅太阳能电池的发光转换层，其中该聚合物是以硅 氧烷树脂及环氧树脂所...

【专利技术属性】
技术研发人员：索辛纳姆，罗维鸿，
申请(专利权)人：罗维鸿，
类型：发明
国别省市：31