CN103594548B - 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

Info

Publication number
CN103594548B
CN103594548B CN201310234487.5A CN201310234487A CN103594548B CN 103594548 B CN103594548 B CN 103594548B CN 201310234487 A CN201310234487 A CN 201310234487A CN 103594548 B CN103594548 B CN 103594548B
Authority
CN
China
Prior art keywords
crystal silicon
solar batteries
silicon solar
rare earth
conversion efficiency
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201310234487.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN103594548A (zh
Inventor
陈金灯
董方
吕绍杰
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sichuan Dongci New Energy Technology Co ltd
Original Assignee
Hengdian Group DMEGC Magnetics Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hengdian Group DMEGC Magnetics Co Ltd filed Critical Hengdian Group DMEGC Magnetics Co Ltd
Priority to CN201310234487.5A priority Critical patent/CN103594548B/zh
Publication of CN103594548A publication Critical patent/CN103594548A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103594548B publication Critical patent/CN103594548B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02Details
    • H01L31/0216Coatings
    • H01L31/02161Coatings for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
    • H01L31/02167Coatings for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for solar cells
    • H01L31/02168Coatings for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for solar cells the coatings being antireflective or having enhancing optical properties for the solar cells
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

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AM1.5,地面所接收的太阳光功率为1000W/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0.3μm一直延续到红外的2.5μm。由于硅的禁带宽度为1.1eV(λ=1100nm),一般来说,与硅太阳能电池响应很好的光波长应该是在1.1eV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500nm-900nm。计算结果显示:能够被硅太阳能电池直接利用的部分只有468W/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.Improvingsolarcellefficienciesbydown-conversionofhigh-energyphotons[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30-60min,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250-400nm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75-90nm,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250-400nm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60min,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80nm、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30min,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90nm、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30min,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80nm、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30min,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 (2)

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30-60min,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;
步骤(2)中所选择的稀土离子具备吸收波长250-400nm紫外光转换成波长500-700nm可见光的特性;所述稀土离子为Eu3+或Tb3+
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:步骤(1)中减反射膜厚度控制在75-90nm,折射率控制在2.0-2.1。
CN201310234487.5A 2013-06-14 2013-06-14 一种能够提高晶硅太阳能电池转换效率的方法 Active CN103594548B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310234487.5A CN103594548B (zh) 2013-06-14 2013-06-14 一种能够提高晶硅太阳能电池转换效率的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310234487.5A CN103594548B (zh) 2013-06-14 2013-06-14 一种能够提高晶硅太阳能电池转换效率的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103594548A CN103594548A (zh) 2014-02-19
CN103594548B true CN103594548B (zh) 2016-02-03

Family

ID=50084615

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201310234487.5A Active CN103594548B (zh) 2013-06-14 2013-06-14 一种能够提高晶硅太阳能电池转换效率的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN103594548B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11066329B2 (en) * 2016-04-12 2021-07-20 Agc Glass Europe Antireflective glass substrate and method for manufacturing the same

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101728448A (zh) * 2008-10-30 2010-06-09 鸿富锦精密工业(深圳)有限公司 太阳能电池
CN101937944A (zh) * 2010-08-31 2011-01-05 上海交通大学 双面钝化的晶体硅太阳电池的制备方法
CN102456762A (zh) * 2010-10-27 2012-05-16 信义光伏产业(安徽)控股有限公司 晶体硅太阳能电池和非晶硅太阳能电池

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001077388A (ja) * 1999-09-07 2001-03-23 Sumitomo Osaka Cement Co Ltd 太陽電池およびその製造方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101728448A (zh) * 2008-10-30 2010-06-09 鸿富锦精密工业(深圳)有限公司 太阳能电池
CN101937944A (zh) * 2010-08-31 2011-01-05 上海交通大学 双面钝化的晶体硅太阳电池的制备方法
CN102456762A (zh) * 2010-10-27 2012-05-16 信义光伏产业(安徽)控股有限公司 晶体硅太阳能电池和非晶硅太阳能电池

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Effect of ion-implanted Eu+3 on the conversion efficiency of amorphous silicon solar cell;D.Diaw;《Solar Energy Materials and Solar Cells》;19990110;379-383 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN103594548A (zh) 2014-02-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107195699A (zh) 一种钝化接触太阳能电池及制备方法
CN103715308A (zh) 一种多晶硅太阳能电池低温变温扩散工艺
CN102522449B (zh) 一种制备硅太阳能电池的磷扩散方法
JP2018026574A (ja) 太陽電池の製造方法
CN103646993A (zh) 一种背结背接触晶体硅太阳电池的硼扩散工艺
Arbuzov et al. Silicon PV cell design and solar intensity radiation optimization for CPV systems
CN105990460A (zh) 一种具有黑磷掺杂层的太阳能光伏组件及其制造方法
CN103594548B (zh) 一种能够提高晶硅太阳能电池转换效率的方法
US9640450B1 (en) Method for reducing light-induced-degradation in manufacturing solar cell
CN104064625A (zh) 一种基于硅纳米锥晶体的全太阳光谱响应的太阳电池制备方法
CN102779739A (zh) 功率半导体器件背面制造工艺
CN104779305A (zh) 一种基于硅电池的上转换加场效应结构的太阳电池及其制备方法
CN103035777A (zh) 一种改良的多晶硅太阳电池三层SiN减反膜的制备方法
CN101752443A (zh) 光伏电池
CN101436615A (zh) 一种可用于硅基太阳能电池的光子级联发射材料
Ryu et al. High efficiency n-type solar cells with screen-printed boron emitters and ion-implanted back surface field
CN104409640A (zh) 宽光谱太阳能电池材料及其制备方法
CN103943718A (zh) 一种制备抗pid薄膜的方法
CN105762206A (zh) 晶体硅及其制备方法
Jestin et al. Silicon solar cells with nano-crystalline silicon down shifter: experiment and modeling
CN102683487A (zh) 一种p型晶硅太阳电池双面扩散方法
CN106057932A (zh) 抗辐照太阳能电池制备方法
CN107611023B (zh) 一种Si自离子注入硅基材料改善发光性能的方法
CN104505439A (zh) 一步完成扩散、表面钝化和减反射的太阳电池制备方法
CN101728448A (zh) 太阳能电池

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
PE01 Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right

Denomination of invention: Method capable of improving conversion efficiency of crystalline silicon solar cell

Effective date of registration: 20200708

Granted publication date: 20160203

Pledgee: Dongyang Branch of China Construction Bank Co.,Ltd.

Pledgor: HENGDIAN GROUP DMEGC MAGNETICS Co.,Ltd.

Registration number: Y2020330000459

PE01 Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right
PC01 Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right

Date of cancellation: 20220110

Granted publication date: 20160203

Pledgee: Dongyang Branch of China Construction Bank Co.,Ltd.

Pledgor: HENGDIAN GROUP DMEGC MAGNETICS Co.,Ltd.

Registration number: Y2020330000459

PC01 Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20240308

Address after: 644600 Building 72, Jinrun Industrial Park, Gaoxin Community, Gaochang Town, Xuzhou District, Yibin City, Sichuan Province

Patentee after: Sichuan Dongci New Energy Technology Co.,Ltd.

Country or region after: China

Address before: 322118 Hengdian industrial district, Dongyang City, Jinhua, Zhejiang

Patentee before: HENGDIAN GROUP DMEGC MAGNETICS Co.,Ltd.

Country or region before: China

TR01 Transfer of patent right