本发明专利技术提供了一种可充分利用太阳光谱中紫外光的晶硅太阳能电池的减反射膜，该减反射膜由TiO2/(TiO2-SiO2)/(SiO2:xCe3+，yTb3+)三层构成，其特征在于第三层为Ce3+和Tb3+掺杂的纳米SiO2膜，该膜在紫外光激发下可发射可见光，从而将对晶硅太阳电池有害的紫外光部分转化为可以吸收的可见光部分，提高光电转换效率。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及太阳能电池领域，特别涉及一种具有发光功能的晶硅太阳能电池减反射膜及其制备工艺。
技术介绍
随着能源紧缺和环境污染以及温室效应对人类的威胁越来越严重的今天，提供一种清洁和安全的商业能源是人类面临发展的巨大任务，太阳能的利用为世界提供了解决环境与能源危机最好的方案。太阳能电池可以通过器件化把太阳能转化为电能，具有无污染、寿命长、太阳能使用不绝等优点，能解决人类面临的能源问题。太阳能电池可分为晶硅太阳能电池、薄膜太阳能电池、燃料敏化电池、有机聚合物太阳能电池等。但是晶硅电池与其它电池相比具有高的转化效率、低的制造成本，使得目前占商业化太阳能电池绝大部分产量。尽管如此，低成本、高效率仍是目前晶硅太阳能电池发展的方向。理想的晶硅太阳能电池应尽可能具有高的光电转换效率。由于硅的折射系数和空气的折射系数相差很大，光在界面处会产生高达30%以上的损失，严重影响了太阳能电池的效率。为了提高效率，通过在硅片表面镀合适折射系数的减反射膜，利用薄膜干涉原理就可以使光的反射大为减少，使太阳能电池吸收最多的光，减少光损失，从而提高太阳能电池的短路光电流密度和光电转换效率。目前工业化生产大多采用PECVD等离子体化学气相沉积的方法在硅片表面沉积一层SixNy薄膜，如中国专利技术专利201110301555.6公开的是一种晶硅太阳能电池多层氮化硅减反膜及其制备方法，其中氮化硅膜采用PECVD沉积工艺而得，虽然能提高减反射膜的钝化效果和减反射作用，但其工艺复杂，耗电量大，成本较高。中国专利技术专利公开号CN101866957A公开了一种在硅片表面采用FIB聚焦离子束加工方法刻蚀纳米结构突起的抗反射层，该反射层不需采用额外的氮化硅膜，但FIB法的设备成本高昂。中国专利技术专利公开号CN101866959A公开了一种采用反应等离子干法刻蚀类蛾眼微纳结构的减反射层及其制作方法，该法可以实现宽频段的光吸收，但制作工艺复杂，采用反应等离子刻蚀设备成本较高。因此，需要探索工艺简单，成本较低的方法。中国专利技术专利201110448161.3公开的是用溶胶-凝胶法制备水性的Ti02/Ti02_Si02/Si02三层减反射膜，该方法简单易控，成本较低，并且原料安全无毒无污染。一般来说，到达地面的太阳能光谱(AM1.5)其能量约1000W/m2，波长覆盖200 2500nm,但太阳能电池的可吸收光的范围为400 IlOOnm,最佳的吸收波长为500 800nm。因为晶体硅的禁带宽度在室温下约1.155eV，波长大于IlOOnm的光线不能使晶体硅产生光电效应，而对于紫外光部分的高能光子，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了热能，造成能量损失。然而，包括以上在内的诸多专利公开的减反射膜均未将不可利用的紫外光转化成可以被太阳能电池吸收的可见光，成为 太阳能电池实际转换效率与理论效率较大差距的因素之一。
技术实现思路
为了解决现有减反射膜不能有效利用太阳光中的紫外线部分，本专利技术提出一种具有吸收紫外光并能转化为可见光的减反射膜，从而能够更充分的利用太阳光，以提高太阳能电池的效率。本专利技术是在TiO2/(TiO2-SiO2)/SiO2三层减反射膜的基础上，通过溶胶-凝胶法制备掺杂Ce3+、Tb3+的SiO2作为第三层减反射膜。本专利技术的关键技术在于第三层减反膜所用纳米SiO2溶胶中掺入Ce3+、Tb3+作为发光中心，得到Si02:xCe3+，y Tb3+减反射膜。为了实现上述目的，本专利技术采用了以下技术方案:首先将纳米TiO2溶胶涂覆于洗净的晶硅片上，再将纳米TiO2-SiO2的混合溶胶涂覆于TiO2薄膜上，最后涂覆上掺入一定量Ce (NO3) 3和Tb (NO3) 3的SiO2溶胶，然后进行氮气气氛下的热处理从而制得具有发光性能的减反射膜。所述的Si02:xCe3+, yTb3+中，Ce3+既是发光中心，也是Tb3+的敏化剂，其中x为0.0001 0.006，y为O 0.012。当x值太低，激活离子太少，发光太弱，当x值太高则会发生浓度猝灭，会使发光的强度降低。同样，当Tb3+的y值太高也会发生浓度猝灭，降低可见光区域的发射强度。所述的氮气气氛下的热处理的温度为800 1000°C，热处理的时间为5 30分钟，温度低于800°C或时间低于5分钟，则膜层强度低、发光性能差；温度高于IOOiTC或超过30分钟，则会造成η型层P的扩散，影响电池性能，且由于温度高时间长造成膜层致密性增力口，导致折射率异常变大，从而反射率增加。本专利技术提出的TiO2/(TiO2-SiO2)/(SiO2:xCe3+，yTb3+)多功能减反射膜及其制备方法的优点是制备出的减反膜不仅可以吸收紫外光，发出可见光，而且具有良好的减反射性能，从而可以更加充分的利用太阳光，以有效地提高太阳能电池的效率。此外，本专利技术的制备方法安全无毒，成本较低，并且反应的过程可控性比较强。综上所述，本专利技术中制备多功能TiO2/ (TiO2-SiO2) / (SiO2: XCe3+, y Tb3+)减反膜的方法对提高太阳能电池的效率起着重要的作用。附图说明:图1为实施例1与空白硅片在325nm激发下的发射光谱图。图2为实施例2与空白硅片在325nm激发下的发射光谱图。图3为实施例1的激发光谱4为实施例1的反射光谱图具体实施例方式实施例1取制备了 η型层的单晶硅片，先后涂覆上TiO2溶胶和TiO2-SiO2混合溶胶，最后将SiO2:0.0006molCe3+, 0.0003molTb3+的混合溶胶常温搅拌2h，然后水浴58°C陈化24小时，接下来将所得的溶胶用提拉机提拉涂覆于上述硅片上，提拉的速度为90mm/min，将其烘干后在N2气氛中1000°C热处理5分钟。所得涂覆三层减反射膜的硅片在400 900nm的平均反射率为4.8%。在325nm激发下可以发射出位于409nm处的Ce3+的特征发射峰，最强的发光位于541nm处的Tb3+的发射，如图1。将该硅片制成太阳能电池片，平均光电转换效率为 18.5%。实施例2取制备了 η型层的单晶硅片，先后涂覆上TiO2溶胶和TiO2-SiO2混合溶胶，最后将SiO2:0.0006molCe3+,0.003molTb3+的混合溶胶常温搅拌2h，然后水浴58°C陈化24小时，接下来将所得的溶胶用提拉机提拉涂覆于上述硅片上，提拉的速度为90mm/min，将其烘干后在N2气氛中800°C热处理30分钟。所得涂覆三层减反射膜的硅片在400 900nm的平均反射率为4.6%。在325nm激发下可以发射出位于409nm处的Ce3+的特征发射峰，最强的发光位于541nm处的Tb3+的发射，如图2。将该硅片制成太阳能电池片，平均光电转换效率为 18.7%。比较例取制备了 η型层的单晶硅片，先后涂覆上TiO2溶胶和TiO2-SiO2混合溶胶，最后将未掺杂的SiO2溶胶常温搅拌2h，然后水浴58°C陈化24小时，接下来将所得的溶胶用提拉机提拉涂覆于上述硅片上，提拉的速度为90mm/min，将其烘干后在N2气氛中800°C热处理30分钟。所得涂覆三层减反射膜的硅片在400 900nm的平均反本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种具有发光功能的晶硅太阳能电池用三层减反射膜，该减反射膜是由TiO2/(TiO2?SiO2)/(SiO2:xCe3+，yTb3+)三层构成，其特征在于第三层为具有将紫外光转换为可见光功能的Ce3+和Tb3+掺杂的纳米SiO2减反射膜，其中x为0.0001≤x≤0.006，0≤y≤0.012。
【技术特征摘要】
1.一种具有发光功能的晶硅太阳能电池用三层减反射膜，该减反射膜是由TiO2/(TiO2-SiO2)/(SiO2:XCe3+, yTb3+)三层构成，其特征在于第三层为具有将紫外光转换为可见光功能的Ce3+和Tb3+掺杂的纳米SiO2减反射膜，其中X为...
【专利技术属性】
技术研发人员：袁双龙，凌婧，杨云霞，陈国荣，曾惠丹，
申请(专利权)人：华东理工大学，
类型：发明
国别省市：
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