CN103594548A - 一种能够提高晶硅太阳能电池转换效率的方法 - Google Patents

一种能够提高晶硅太阳能电池转换效率的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种能够提高晶硅太阳能电池转换效率的方法,包括以下步骤:(1)对硅片制绒,扩散制PN结,刻蚀清洗,PECVD镀减反射膜;(2)在减反射膜中进行稀土离子注入;(3)注入完成后,将硅片在氮气气氛的高温炉里退火,取出冷却至室温;(4)最后对硅片丝网印刷制电极,烧结形成具有光波转换特性的成品晶硅太阳能电池。本发明在减反射薄膜上利用离子注入技术对其掺杂稀土离子,使其具备光转换特性,提高了晶硅太阳能电池在高能量紫外区域光子利用率,从而提高了电池转换效率;工艺简单易行,能够与现有的电池片制造工序相衔接,不需要对现有设备进行改造,节约成本,离子注入技术容易实现量产,可行性好。

Description

一种能够提高晶硅太阳能电池转换效率的方法
技术领域
本发明涉及晶硅太阳能电池生产技术领域,特别涉及一种能够提高晶硅太阳能电池转换效率的方法。
背景技术
在大气质量为AM 1.5,地面所接收的太阳光功率为1000 W/m2的条件下,地球陆地表面太阳光的光谱分布图的分布范围从紫外的0.3 μm一直延续到红外的2.5 μm。由于硅的禁带宽度为1.1 eV (λ=1100 nm),一般来说,与硅太阳能电池响应很好的光波长应该是在1.1 eV附近。高于禁带宽度的紫外光子大多数转化为硅的晶格振动,以热能的形式散发出去了,而低于禁带宽度的光子便不能被半导体硅所吸收从而产生电子-空穴对,所以目前能够被硅太阳能电池利用的太阳光光谱范围一般在500 nm-900 nm。计算结果显示:能够被硅太阳能电池直接利用的部分只有468 W/m2,而近乎一大半的太阳光都不能被其直接地利用。
对于如何实现晶硅太阳能电池对更多的太阳光的吸收,人们提出很多方法,比如说:异质结太阳能电池拓宽电池禁带宽度(申请号201110271642.1),使太阳能电池吸收更广光谱的太阳光,提升电池转换效率。在拓宽晶硅太阳能电池吸收光谱的方法中,利用稀土离子的光转换特性也被人们高度关注,早在2002年,澳大利亚科学家就提出利用下转换(量子剪裁)和上转换分别将高能量的光以及低能量光转换成与太阳能电池相匹配的光(文献:T. Trupke, M. A. Green, P. Wurfel. Improving solar cell efficiencies by down-conversion of high-energy photons [J]. J. Appl. Phys., 2002: 92: 1668.)。然而常规的晶硅太阳能电池利用稀土离子实现光波转换,其工艺复杂,可行性难度大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够提高晶硅太阳能电池转换效率的方法,在晶硅太阳能电池减反射薄膜上利用离子注入技术对其掺杂稀土离子,使其具备光转换特性,提高了晶硅太阳能电池在高能量紫外区域光子利用率,从而提高了电池转换效率;工艺简单易行,能够与现有的电池片制造工序相衔接,不需要对现有设备进行改造,节约成本,离子注入技术容易实现量产,可行性好。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
一种能够提高晶硅太阳能电池转换效率的方法,包括以下步骤:
(1)对硅片制绒,扩散制PN结,刻蚀清洗,PECVD镀减反射膜。
(2)在减反射膜中进行稀土离子注入,注入稀土离子的参数为:注入能量70-100KeV,注入剂量为1×1015-2×1015cm-2;本发明在注入时无需进行加热即可实现稀土离子注入,节能环保。注入稀土离子的参数为针对减反射膜而进行开发的参数,这样稀土离子注入效果好。
(3)注入完成后,将硅片放在800-1000℃,氮气气氛的高温炉里退火30-60 min,取出冷却至室温。通过控制退火参数,使注入的稀土离子具备较佳的电活性。
(4)最后对硅片丝网印刷制电极,烧结形成具有光波转换特性的成品晶硅太阳能电池。
离子注入技术提出与上个世纪五十年代,刚提出时是利用在原子物理和核物理领域。随着离子注入工艺的成熟,这种技术被用于半导体制造行业,主要是利用离子注入技术对半导体进行掺杂。离子注入技术相比传统工艺具备很多优点,比如:可控性好,离子注入技术能够精确控制掺杂浓度分布和掺杂深度;注入温度低,一般在400℃,后续退火温度也仅在1000℃以内,可避免高温带来的缺陷、杂质的推移等问题;均匀性好,大面积注入时能保证良好的均匀性。
本发明在晶硅太阳能电池减反射薄膜上利用离子注入技术对其掺杂稀土离子,使其具备光转换特性,提高晶硅太阳能电池在高能量紫外区域光子利用率,从而提高电池转换效率。本发明所涉及的方法能够与现有的电池片制造工序相衔接,不需要对现有设备进行改造,节约成本;相比其它工艺,离子注入技术容易实现量产。
作为优选,步骤(2)中所选择的稀土离子具备吸收波长250-400 nm紫外光转换成波长500-700nm可见光的特性。具备这样特性的稀土离子均可使用,能有效提高晶硅太阳能电池在高能量紫外区域光子利用率,从而提高电池转换效率。
作为优选,所述稀土离子为Eu3+或Tb3+。选择Eu3+或Tb3+稀土离子,原料易得,成本相对较低,且提高晶硅太阳能电池在高能量紫外区域光子利用率的效果最佳,从而提高电池转换效率也最佳。
作为优选,步骤(1)中减反射膜厚度控制在75-90 nm,折射率控制在2.0-2.1。这样利于稀土离子注入,注入效果好,利于提高电池转换效率。
 本发明的有益效果是:在晶硅太阳能电池减反射薄膜上利用离子注入技术对其掺杂稀土离子,使其具备光转换特性,提高了晶硅太阳能电池在高能量紫外区域光子利用率,从而有效提高电池转换效率。工艺简单易行,能够与现有的电池片制造工序相衔接,不需要对现有设备进行改造,节约成本,离子注入技术容易实现量产,可行性好。
附图说明
图1为稀土Eu3+的激发和发射光谱图。
图2为稀土Tb3+的激发和发射光谱图。
具体实施方式
下面通过具体实施例,并结合附图,对本发明的技术方案作进一步的具体说明。
本发明中,若非特指,所采用的原料和设备等均可从市场购得或是本领域常用的。下述实施例中的方法,如无特别说明,均为本领域的常规方法。
本发明所选择的稀土离子具备吸收波长250-400 nm紫外光转换成波长500-700nm可见光的特性。
实施例1:
选择156单晶硅片,通过对硅片制绒(现有工艺)、扩散制PN结(现有工艺)、刻蚀清洗(现有工艺)、PECVD镀Si3N4减反射膜(现有工艺),膜厚75nm、折射率2.0。随后在减反射膜中进行稀土Eu3+离子注入,注入参数:注入能量70KeV,注入剂量为2×1015cm-2。注入完成后,硅片在氮气气氛,800℃的高温炉里退火60 min,取出冷却至室温。对样品进行荧光光谱测试,可获得如附图1的激发、发射光谱图。最后样品通过丝网印刷制电极(现有工艺)、烧结(现有工艺)形成具有光波转换特性的成品晶硅电池,并测试电池电性能特性,与现有普通晶硅太阳能电池相比,电池转换效率提高约0.25%。
实施例2:选择156多晶硅片,通过对硅片制绒、扩散制PN结、刻蚀清洗、PECVD镀Si3N4减反射膜,膜厚80 nm、折射率2.05。随后在减反射膜中进行稀土Eu3+离子注入,注入参数:注入能量80KeV,注入剂量为1×1015cm-2。注入完成后,硅片在氮气气氛,800℃的高温炉里退火30 min,取出冷却至室温。对样品进行荧光光谱测试,可获得如附图1的激发、发射光谱图。最后样品通过丝网印刷制电极、烧结形成具有光波转换特性的成品晶硅电池,并测试电池电性能特性,与现有普通晶硅太阳能电池相比,电池转换效率提高约0.28%。
实施例3:选择156单晶硅片,通过对硅片制绒、扩散制PN结、刻蚀清洗、PECVD镀Si3N4减反射膜,膜厚90 nm、折射率2.1。随后在减反射膜中进行稀土Tb3+离子注入,注入参数:注入能量100KeV,注入剂量为1×1015cm-2。注入完成后,硅片在氮气气氛,1000℃的高温炉里退火30 min,取出冷却至室温。对样品进行荧光光谱测试,可获得如附图2的激发、发射光谱图。最后样品通过丝网印刷制电极、烧结形成具有光波转换特性的成品晶硅电池,并测试电池电性能特性,与现有普通晶硅太阳能电池相比,电池转换效率提高约0.32%。
实施例4:选择156多晶硅片,通过对硅片制绒、扩散制PN结、刻蚀清洗、PECVD镀Si3N4减反射膜,膜厚80 nm、折射率2.05。随后在减反射膜中进行稀土Tb3+离子注入,注入参数:注入能量80KeV,注入剂量为1×1015cm-2。注入完成后,硅片在氮气气氛,800℃的高温炉里退火30 min,取出冷却至室温。对样品进行荧光光谱测试,可获得如附图2的激发、发射光谱图。最后样品通过丝网印刷制电极、烧结形成具有光波转换特性的成品晶硅电池,并测试电池电性能特性,与现有普通晶硅太阳能电池相比,电池转换效率提高约0.38%。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案,并非对本发明作任何形式上的限制,在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (4)

1.一种能够提高晶硅太阳能电池转换效率的方法,其特征在于:包括以下步骤:
(1)对硅片制绒,扩散制PN结,刻蚀清洗,PECVD镀减反射膜;
(2)在减反射膜中进行稀土离子注入,注入稀土离子的参数为:注入能量70-100KeV,注入剂量为1×1015-2×1015cm-2
(3)注入完成后,将硅片放在800-1000℃,氮气气氛的高温炉里退火30-60 min,取出冷却至室温;
(4)最后对硅片丝网印刷制电极,烧结形成具有光波转换特性的成品晶硅太阳能电池。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:步骤(2)中所选择的稀土离子具备吸收波长250-400 nm紫外光转换成波长500-700nm可见光的特性。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于:所述稀土离子为Eu3+或Tb3+
4.根据权利要求1或2或3所述的方法,其特征在于:步骤(1)中减反射膜厚度控制在75-90 nm,折射率控制在2.0-2.1。
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