專利名稱：一種具有發(fā)光功能的晶硅太陽能電池減反射膜及其制備工藝的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及太陽能電池領域，特別涉及一種具有發(fā)光功能的晶硅太陽能電池減反射膜及其制備工藝。
背景技術：
隨著能源緊缺和環(huán)境污染以及溫室效應對人類的威脅越來越嚴重的今天，提供一種清潔和安全的商業(yè)能源是人類面臨發(fā)展的巨大任務，太陽能的利用為世界提供了解決環(huán)境與能源危機最好的方案。太陽能電池可以通過器件化把太陽能轉化為電能，具有無污染、壽命長、太陽能使用不絕等優(yōu)點，能解決人類面臨的能源問題。太陽能電池可分為晶硅太陽能電池、薄膜太陽能電池、燃料敏化電池、有機聚合物太陽能電池等。但是晶硅電池與其它電池相比具有高的轉化效率、低的制造成本，使得目前占商業(yè)化太陽能電池絕大部分產量。盡管如此，低成本、高效率仍是目前晶硅太陽能電池發(fā)展的方向。理想的晶硅太陽能電池應盡可能具有高的光電轉換效率。由于硅的折射系數(shù)和空氣的折射系數(shù)相差很大，光在界面處會產生高達30%以上的損失，嚴重影響了太陽能電池的效率。為了提高效率，通過在硅片表面鍍合適折射系數(shù)的減反射膜，利用薄膜干涉原理就可以使光的反射大為減少，使太陽能電池吸收最多的光，減少光損失，從而提高太陽能電池的短路光電流密度和光電轉換效率。目前工業(yè)化生產大多采用PECVD等離子體化學氣相沉積的方法在硅片表面沉積一層SixNy薄膜，如中國發(fā)明專利201110301555.6公開的是一種晶硅太陽能電池多層氮化硅減反膜及其制備方法，其中氮化硅膜采用PECVD沉積工藝而得，雖然能提高減反射膜的鈍化效果和減反射作用，但其工藝復雜，耗電量大，成本較高。中國發(fā)明專利公開號CN101866957A公開了一種在硅片表面采用FIB聚焦離子束加工方法刻蝕納米結構突起的抗反射層，該反射層不需采用額外的氮化硅膜，但FIB法的設備成本高昂。中國發(fā)明專利公開號CN101866959A公開了一種采用反應等離子干法刻蝕類蛾眼微納結構的減反射層及其制作方法，該法可以實現(xiàn)寬頻段的光吸收，但制作工藝復雜，采用反應等離子刻蝕設備成本較高。因此，需要探索工藝簡單，成本較低的方法。中國發(fā)明專利201110448161.3公開的是用溶膠-凝膠法制備水性的Ti02/Ti02_Si02/Si02三層減反射膜，該方法簡單易控，成本較低，并且原料安全無毒無污染。一般來說，到達地面的太陽能光譜(AM1.5)其能量約1000W/m2，波長覆蓋200 2500nm,但太陽能電池的可吸收光的范圍為400 IlOOnm,最佳的吸收波長為500 800nm。因為晶體硅的禁帶寬度在室溫下約1.155eV，波長大于IlOOnm的光線不能使晶體硅產生光電效應，而對于紫外光部分的高能光子，由于晶體結構的原因，使得高能光子并不能激發(fā)與其能量相應比例的電子-空穴對數(shù)目，它們在激發(fā)產生一對電子-空穴對之后，多余的能量大多以聲子散射的形式轉化成了熱能，造成能量損失。然而，包括以上在內的諸多專利公開的減反射膜均未將不可利用的紫外光轉化成可以被太陽能電池吸收的可見光，成為 太陽能電池實際轉換效率與理論效率較大差距的因素之一。

發(fā)明內容
為了解決現(xiàn)有減反射膜不能有效利用太陽光中的紫外線部分，本發(fā)明提出一種具有吸收紫外光并能轉化為可見光的減反射膜，從而能夠更充分的利用太陽光，以提高太陽能電池的效率。本發(fā)明是在TiO2/(TiO2-SiO2)/SiO2三層減反射膜的基礎上，通過溶膠-凝膠法制備摻雜Ce3+、Tb3+的SiO2作為第三層減反射膜。本發(fā)明的關鍵技術在于第三層減反膜所用納米SiO2溶膠中摻入Ce3+、Tb3+作為發(fā)光中心，得到Si02:xCe3+，y Tb3+減反射膜。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了以下技術方案:首先將納米TiO2溶膠涂覆于洗凈的晶硅片上，再將納米TiO2-SiO2的混合溶膠涂覆于TiO2薄膜上，最后涂覆上摻入一定量Ce (NO3) 3和Tb (NO3) 3的SiO2溶膠，然后進行氮氣氣氛下的熱處理從而制得具有發(fā)光性能的減反射膜。所述的Si02:xCe3+, yTb3+中，Ce3+既是發(fā)光中心，也是Tb3+的敏化劑，其中x為
0.0001 0.006，y為O 0.012。當x值太低，激活離子太少，發(fā)光太弱，當x值太高則會發(fā)生濃度猝滅，會使發(fā)光的強度降低。同樣，當Tb3+的y值太高也會發(fā)生濃度猝滅，降低可見光區(qū)域的發(fā)射強度。所述的氮氣氣氛下的熱處理的溫度為800 1000°C，熱處理的時間為5 30分鐘，溫度低于800°C或時間低于5分鐘，則膜層強度低、發(fā)光性能差；溫度高于IOOiTC或超過30分鐘，則會造成η型層P的擴散，影響電池性能，且由于溫度高時間長造成膜層致密性增力口，導致折射率異常變大，從而反射率增加。本發(fā)明提出的TiO2/(TiO2-SiO2)/(SiO2:xCe3+，yTb3+)多功能減反射膜及其制備方法的優(yōu)點是制備出的減反膜不僅可以吸收紫外光，發(fā)出可見光，而且具有良好的減反射性能，從而可以更加充分的利用太陽光，以有效地提高太陽能電池的效率。此外，本發(fā)明的制備方法安全無毒，成本較低，并且反應的過程可控性比較強。綜上所述，本發(fā)明中制備多功能TiO2/ (TiO2-SiO2) / (SiO2: XCe3+, y Tb3+)減反膜的方法對提高太陽能電池的效率起著重要的作用。


:圖1為實施例1與空白硅片在325nm激發(fā)下的發(fā)射光譜圖。圖2為實施例2與空白硅片在325nm激發(fā)下的發(fā)射光譜圖。圖3為實施例1的激發(fā)光譜4為實施例1的反射光譜圖
具體實施例方式實施例1取制備了 η型層的單晶硅片，先后涂覆上TiO2溶膠和TiO2-SiO2混合溶膠，最后將SiO2:0.0006molCe3+, 0.0003molTb3+的混合溶膠常溫攪拌2h，然后水浴58°C陳化24小時，接下來將所得的溶膠用提拉機提拉涂覆于上述硅片上，提拉的速度為90mm/min，將其烘干后在N2氣氛中1000°C熱處理5分鐘。所得涂覆三層減反射膜的硅片在400 900nm的平均反射率為4.8%。在325nm激發(fā)下可以發(fā)射出位于409nm處的Ce3+的特征發(fā)射峰，最強的發(fā)光位于541nm處的Tb3+的發(fā)射，如圖1。將該硅片制成太陽能電池片，平均光電轉換效率為 18.5%。實施例2取制備了 η型層的單晶硅片，先后涂覆上TiO2溶膠和TiO2-SiO2混合溶膠，最后將SiO2:0.0006molCe3+,0.003molTb3+的混合溶膠常溫攪拌2h，然后水浴58°C陳化24小時，接下來將所得的溶膠用提拉機提拉涂覆于上述硅片上，提拉的速度為90mm/min，將其烘干后在N2氣氛中800°C熱處理30分鐘。所得涂覆三層減反射膜的硅片在400 900nm的平均反射率為4.6%。在325nm激發(fā)下可以發(fā)射出位于409nm處的Ce3+的特征發(fā)射峰，最強的發(fā)光位于541nm處的Tb3+的發(fā)射，如圖2。將該硅片制成太陽能電池片，平均光電轉換效率為 18.7%。比較例取制備了 η型層的單晶硅片，先后涂覆上TiO2溶膠和TiO2-SiO2混合溶膠，最后將未摻雜的SiO2溶膠常溫攪拌2h，然后水浴58°C陳化24小時，接下來將所得的溶膠用提拉機提拉涂覆于上述硅片上，提拉的速度為90mm/min，將其烘干后在N2氣氛中800°C熱處理30分鐘。所得涂覆三層減反射膜的硅片在400 900nm的平均反射率為4.6%。將該硅片制成太陽能電池片，平均光電轉換效率為18.1%。
權利要求
1.一種具有發(fā)光功能的晶硅太陽能電池用三層減反射膜，該減反射膜是由TiO2/(TiO2-SiO2)/(SiO2:XCe3+, yTb3+)三層構成，其特征在于第三層為具有將紫外光轉換為可見光功能的Ce3+和Tb3+摻雜的納米SiO2減反射膜，其中X為0.0001 ≤ X ≤ 0.006，O ≤ y ≤ 0.012。
2.權利要求1所述的具有發(fā)光功能的晶硅太陽能電池用三層減反射膜，其特征在于所述的三層減反射膜需經(jīng)過N2氣氛下的熱處理而成，熱處理的溫度為800 1000°C，熱處理時間為5 30分鐘。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種可充分利用太陽光譜中紫外光的晶硅太陽能電池的減反射膜，該減反射膜由TiO2/(TiO2-SiO2)/(SiO2:xCe3+，yTb3+)三層構成，其特征在于第三層為Ce3+和Tb3+摻雜的納米SiO2膜，該膜在紫外光激發(fā)下可發(fā)射可見光，從而將對晶硅太陽電池有害的紫外光部分轉化為可以吸收的可見光部分，提高光電轉換效率。
文檔編號H01L31/0232GK103094365SQ201310016020
公開日2013年5月8日 申請日期2013年1月16日 優(yōu)先權日2013年1月16日
發(fā)明者袁雙龍, 凌婧, 楊云霞, 陳國榮, 曾惠丹 申請人:華東理工大學