一種高光電轉換效率的太陽能電池制造技術

本實用新型專利技術公開了一種高光電轉換效率的太陽能電池，包括從下至上依次堆疊的透明絕緣基板、前電極層、光電轉換層、背電極層和反射層，所述的透明絕緣基板表面和/或背電極層與反射層之間設置有光致發光材料層，反射層為金屬反射層。本實用新型專利技術通過在透明絕緣基板上表面和/或下表面設置下轉換發光材料層，背電極層與反射層之間設置上轉換發光材料層，將太陽光中不能被太陽能電池吸收的長波長紅外光和短波長紫外光轉換為可利用的可見光，既提高了太陽能電池的轉換效率，同時也避免了因電池溫度升高而導致太陽能電池轉換效率下降和電池性能衰退。（*該技術在2022年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本技術涉及一種太陽能電池，尤其涉及一種高光電轉換效率的太陽能電池。
技術介紹
隨著能源危機及環境污染問題的日益突出，能源問題亟待解決，太陽能作為一種用之不盡、取之不竭的清潔能源逐漸引起了各國研究者的重視，太陽能電池作為能源轉換裝置也被各國廣泛研究使用。早期的太陽能電池中，晶體硅太陽能電池作為第一代太陽能電池以轉換效率高、制作工藝簡單占據了較大的市場份額，但原材料匱乏等因素制約著晶體硅太陽能電池的進一步發展。第二代薄膜太陽能電池正是在這種背景下發展起來，包括非晶硅、微晶硅、銅銦鎵硒、碲化鎘及疊層薄膜結構，而目前使用最廣泛的是硅基薄膜電池。太陽光是一種從短波長紫外光到長波長紅外光的連續光譜，但只有太陽光中可見光部分可 以被硅基薄膜太陽能電池充分利用，對于能量遠大于硅的禁帶寬度的短波長紫外光來說，一部分能量被太陽能電池利用并轉化為電能，而其余的能量則轉化為晶格熱振動，在紫外光的照射下，硅基薄膜太陽能電池容易出現轉換效率下降和電池性能衰退；對于能量低于硅的禁帶寬度的長波長紅外光來說，其能量不能使電子從禁帶躍遷至導帶，這些能量轉化為熱量，使電池溫度升高，也會導致硅基薄膜太陽能電池轉換效率下降。目前，光致發光材料廣泛使用在激光技術、光纖通訊技術、纖維放大器、光信息存儲和顯示等領域。光致發光材料包括上轉換發光材料和下轉換發光材料，其中上轉換發光材料是一種能將紅外光轉換成可見光的材料，能夠在紅外光激發下發出可見光。上轉換發光材料吸收的光子能量低于發射的光子能量，又稱反Stokes發光材料。截至目前，上轉換發光材料主要是摻雜稀土離子的固體化合物，利用稀土元素的亞穩態能級特性，吸收多個低能量的長波輻射，經轉換后發出能量較高的短波輻射。而下轉換發光材料是一種能夠將紫外光轉換成可見光的材料，能夠在紫外光激發下能夠發出可見光。下轉換發光材料吸收高能量的短波輻射，發射低能量的長波輻射，下轉換發光材料遵循Stokes定律。
技術實現思路
本技術的目的是提供一種高光電轉換效率的太陽能電池，能夠將太陽光中不能被太陽能電池吸收的長波長紅外光和短波長紫外光轉換為可利用的可見光，既可以提高太陽能電池的轉換效率，同時也能避免因電池溫度升高而導致太陽能電池轉換效率下降和電池性能衰退。本技術采用下述技術方案一種高光電轉換效率的太陽能電池，包括從下至上依次堆疊的透明絕緣基板、前電極層、光電轉換層、背電極層和反射層，所述的透明絕緣基板表面和/或背電極層與反射層之間設置有光致發光材料層，反射層為金屬反射層。所述的光致發光材料層為稀土發光材料層，光致發光材料的基質材料為氧化物、氟化物、鹵化物或硫化物。所述的透明絕緣基板表面設置的光致發光材料層為下轉換發光材料層，背電極層與反射層之間設置的光致發光材料層為上轉換發光材料層。所述設置在透明絕緣基板表面的下轉換發光材料層位于透明絕緣基板的上表面和/或下表面。所述的金屬反射層為采用銀、鋁、鎳、鈦或其合金構成的反射層，前電極層和背電極層為透明導電氧化物。本技術通過在透明絕緣基板上表面和/或下表面設置下轉換發光材料層，背電極層與反射層之間設置上轉換發光材料層，將太陽光中不能被太陽能電池吸收的長波長紅外光和短波長紫外光轉換為可利用的可見光，既提高了太陽能電池的轉換效率，同時也避免了因電池溫度升高而導致太陽能電池轉換效率下降和電池性能衰退。附圖說明圖I為實施例I制成的高光電轉換效率的太陽能電池的結構示意圖；圖2為實施例2制成的高光電轉換效率的太陽能電池的結構示意圖；圖3為實施例3制成的高光電轉換效率的太陽能電池的結構示意圖。具體實施方式本技術所述的高光電轉換效率的太陽能電池包括從下至上依次堆疊的透明絕緣基板、前電極層、光電轉換層4、背電極層和反射層。透明絕緣基板表面和/或背電極層與反射層之間設置有光致發光材料層。透明絕緣基板上表面和/或下表面設置的光致發光材料層為下轉換發光材料層2，背電極層與反射層之間設置的光致發光材料層為上轉換發光材料層6。所述的透明絕緣基板可采用超白浮法玻璃1，前電極層和背電極層均為透明導電氧化物；所述的下轉換發光材料層2和上轉換發光材料層6為稀土發光材料層，下轉換發光材料層2和上轉換發光材料層6的基質材料為氧化物、氟化物、鹵化物或硫化物；所述的光電轉換層4是由p型硅、本征硅和n型硅堆迭形成的PIN結構；所述的反射層為采用銀、鋁、鎳、鈦或其合金構成的金屬反射層。本技術所述的高光電轉換效率的太陽能電池在使用過程中，光電轉換層4充分利用太陽光中的可見光能量并將其轉化為電能。太陽光中能量遠大于硅的禁帶寬度的長波長紫外光，被下轉換發光材料層2吸收并轉換為可見光,發射出的可見光被光電轉換層4進行吸收利用并將能量轉化為電能。太陽光中能量低于硅的禁帶寬度的長波長紅外光，透過光電轉換層后被上轉換發光材料層6吸收并轉換為可見光,發射出的可見光通過反射層再次反射到光電轉換層4中，光電轉換層4對其進行吸收利用并將能量轉化為電能。因此，本技術所述的高光電轉換效率的太陽能電池能夠將太陽光中不能被吸收的長波長紅外光和短波長紫外光轉換為可利用的可見光，既可以提高太陽能電池的轉換效率，同時也能避免因電池溫度升高而導致太陽能電池轉換效率下降和電池性能衰退。實施例1，如圖I所示I、通過噴涂法、滾涂法、蒸鍍法、濺射法或化學氣相沉積法在干凈的超白浮法玻璃I上表面沉積下轉換發光材料層2，下轉換發光材料為稀土發光材料，下轉換發光材料的基質材料為氧化物、氟化物、齒化物或硫化物。2、利用化學氣相沉積法在下轉換發光材料層2上沉積摻氟二氧化錫(FTO) 3，構成前電極層。3、清洗后用Pl激光刻蝕構筑第一道刻槽，去除摻氟二氧化錫(FTO)3，清洗并預熱后放入PECVD設備中通入娃燒、甲燒、磷燒、硼燒、氫氣混合氣體沉積光電轉換層4,光電轉換層4是由p型硅、本征硅和n型硅堆迭形成的PIN結構。4、降溫后進行P2激光刻蝕過程，去除部分光電轉換層4硅膜，形成平行Pl刻槽的第二道刻線。5、利用濺射技術在電池表面沉積背電極層，背電極層為摻鋁氧化鋅(AZO) 5，對鍍完背電極層的電池進行平行于PU P2刻槽的P3激光刻蝕，去除硅膜及背電極層，從而形成電池的內部串聯結構。6、在背電極層表面通過噴涂法、滾涂法、蒸鍍法、濺射法或化學氣相沉積法沉積上 轉換發光材料層6，上轉換發光材料為稀土發光材料，上轉換發光材料的基質材料為氧化物、氟化物、鹵化物或硫化物。7、在上轉換發光材料層6表面沉積金屬反射層招(AL) 7,用于反射上轉換發光材料層6發出的可見光。實施例2，如圖2所示I、通過噴涂法、滾涂法、蒸鍍法、濺射法或化學氣相沉積法在干凈的超白浮法玻璃I上表面和下表面分別沉積下轉換發光材料層2，下轉換發光材料為稀土發光材料，下轉換發光材料的基質材料為氧化物、氟化物、齒化物或硫化物。2、利用化學氣相沉積法在超白浮法玻璃I上表面沉積的下轉換發光材料層2上沉積摻鋁氧化鋅(AZO) 5，構成前電極層。3、清洗后用Pl激光刻蝕構筑第一道刻槽，去除摻鋁氧化鋅(AZO) 5，清洗并預熱后放入PECVD設備中通入娃燒、甲燒、磷燒、硼燒、氫氣混合氣體沉積光電轉換層4,光電轉換層4是由p型硅、本征硅和n型硅堆迭形成的PIN結構。4、降溫后進行P2激光刻蝕過程本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種高光電轉換效率的太陽能電池，包括從下至上依次堆疊的透明絕緣基板、前電極層、光電轉換層、背電極層和反射層，其特征在于：所述的透明絕緣基板表面和/或背電極層與反射層之間設置有光致發光材料層，反射層為金屬反射層。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：蒼利民，萬志剛，閻韜，丁萬勇，劉衛慶，劉志輝，陳林濮，
申請(專利權)人：河南安彩高科股份有限公司，
類型：實用新型
國別省市：