CN105990460A - 一种具有黑磷掺杂层的太阳能光伏组件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种具有黑磷掺杂层的太阳能光伏组件及其制造方法,太阳能光伏组件包括:太阳能电池主体;在所述的太阳能电池主体上下两表面的EVA胶膜;在所述的EVA胶膜的是上下两表面的钢化玻璃板,其中,在所述的太阳能电池主体包含N型半导体材料,以及在所述的N型半导体材料上下两表面的P型黑磷掺杂层。本发明通过将黑磷与太阳能电池的有源层结合,以提高光子能量的利用率,进而提高太阳能的电池的光子吸收效率和太阳能电池的光电转换效率。

Description

一种具有黑磷掺杂层的太阳能光伏组件及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种太阳能光伏组件及其制造方法,具体涉及一种具有黑磷掺杂层的太阳能光伏组件及其制造方法。
背景技术
太阳能光伏发电系统(简称光伏)是一种利用光生伏特效应而将太阳光能直接转化为电能的系统,其光电转换的主要部件是晶体硅光伏电池,当太阳光照到晶体硅光伏电池上时,晶体硅光伏电池就会把太阳的光能变成电能,产生电流。目前,光伏组件主要包括玻璃层、前层胶膜、间隔阵列布置的若干电池片、后层胶膜和光伏背板,所述玻璃层、前层胶膜、若干电池片、后层胶膜和光伏背板依次胶合,为了提高光伏组件的发电效率,需要减少组件表面太阳光的反射,从而增加组件的辐照度,提高太阳能电池的光电转换效率。现有技术中,一般采用下述方法:1、减反镀膜玻璃:利用在玻璃表层镀层减反膜,从而使太阳光减少对光伏组件的反射,增加光伏组件对光照的吸收,从而增加组件功率和发电量;2、超薄玻璃:降低组件正面玻璃的厚度,从而增加阳光通透率,降低光照折射率,增强辐照强度;上述方法需要改变光伏组件的结构,对常规结构的光伏组件并不适用;而改变光伏组件的结构会增加生产成本,且由于太阳光是由不同的波长的光组成,不同波长具有不同的光子能量 ,只有光子能量大于单结电池材料的带隙,才能被吸收继而发电,如果光子能量小于单进结电池材料的带隙是会透过材料的,对了多结串联的电池片因每节电池片不是无限厚度,因此不可能吸收所有的光子能量大于单结电池带隙的太阳光,依然会有一部分太阳光透过电池到背板上,进而影响光伏组件的发电效率的同时。
黑磷是一种新型二维原子晶体材料,具有高载流子迁移率(~1000cm2/Vs)和开关比(>105),以及可调谐直接带隙(0.3—2eV)等优异性能,弥补了石墨烯的零带隙、过渡金属硫族化物(TMDs)载流子迁移率过低的性能缺陷。而且,黑磷的带隙可在一个很宽的范围内调节,这取决于所堆积的层数。这就意味着黑磷在可见光和红外范围内均可吸收光。大范围的可调性使得黑磷这一独特的物质有着广泛应用,其应用领域包括化学传感至光学通讯等。
本发明通过将黑磷与太阳能电池的有源层结合,以提高光子能量的利用率,进而提高太阳能的电池的光子吸收效率和太阳能电池的光电转换效率。
发明内容
本发明提供一种具有黑磷掺杂层的太阳能光伏组件及其制造方法,具体而言,本发明的技术方案主要是通过以下方式实现的:
本发明提供一种具有黑磷掺杂层的太阳能光伏组件,包括:太阳能电池主体;在所述的太阳能电池主体上下两表面的EVA胶膜;在所述的EVA胶膜的是上下两表面的钢化玻璃板,其中,所述的太阳能电池主体包含N型半导体材料,以及在所述的N型半导体材料上下两表面的P型黑磷掺杂层。
进一步地,所述的N型半导体材料可为硅、锗或有机半导体材料。
进一步地,在所述的EVA胶膜和所述的黑磷掺杂层之间可形成反光层。
进一步地,在所述的EVA胶膜和所述的黑磷掺杂层之间可形成散热层
进一步地,所述的太阳能电池主体,可在所述的P型黑磷掺杂层的上表面和下表面分别形成圆形凹槽,并在所述的凹槽中填充碳纳米管荧光材料。
本发明还提供一种具有黑磷掺杂层的太阳能光伏组件的制备方法,具体的工艺包括以下步骤:
步骤1.通过离子注入注入黑磷以在所述的N型半导体材料的两面形成P型黑磷区域;
步骤2.通过低温热处理使所述的黑磷向所述的N型半导体材料中央扩散形成有黑磷掺杂层;
步骤3.在所述的黑磷掺杂层的两面形成EVA胶膜;
步骤4.在所述的EVA胶膜的两面形成钢化玻璃板。
进一步地,在所述的步骤2之后中,可通过湿法或干法蚀刻在所述的黑磷层暴露表面形成圆形凹槽,并在所述的圆形凹槽中填充碳纳米管荧光材料。
附图说明
图1为本发明所描述的太阳能光伏组件的结构示意图;
图2为本发明所描述的太阳能光伏组件的结构示意图;
具体实施例说明
实施例1
本发明所描述的太阳能光伏组件,如图1和图2所示,太阳能光伏组件,包括:太阳能电池主体;在所述的太阳能电池主体上下两表面的EVA胶膜(3);在所述的EVA胶膜的是上下两表面的钢化玻璃板(4),其中,在所述的太阳能电池主体包含N型半导体材料(1),以及在所述的N型半导体材料上下两表面的P型黑磷掺杂层(2)。进一步的如图2所示,在P型黑磷掺杂层(2)的上下两表面可形成圆形凹槽(未图示),并在凹槽中填充碳纳米管荧光材料(5)。申请人通过对比实验可得出结论,由黑磷掺杂形成pn结的光伏组件,比普通磷掺杂形成pn结的光伏组件在同等条件下,光电转换效率可以提高3~5%,且能减小高温下的光电转换效率的热衰减。同时,通过在黑磷掺杂层中添加碳纳米管荧光材料,由于荧光粉可将照射到电池表面的一部分光波长转换成易被电池吸收的光波长,且圆形凹槽可将入射光进行漫反射,由此可进一步提高光电转换效率约1~2%,另外,由于含有碳纳米管pn结中光生载流子的传输效率经测量可提升10~15%,由此,还可提高光伏电池组件的开启速度。
实施例2
本发明所描述的具有黑磷掺杂层的太阳能光伏组件的制备方法,具体的工艺包括以下步骤:
步骤1.将红磷在密闭真空容器中加热至500~800℃,加热2小时,之后降低温度值350~400℃,并保温10小时,以将红磷转换成的黑磷。之后在离子注入机中,在惰性气体(如氩气)的保护下,并在高压和等离子体放电的条件下将黑磷形成黑磷等离子体。
步骤2.通过离子注入注入黑磷以在所述的N型半导体材料的两面形成P型黑磷区域,离子注入的剂量约为2*1015~8*1015,能量约为40~50(Kev)
步骤3.通过250℃左右的低温热处理,退火1.5~4小时,使离子注入的黑磷向N型半导体材料中央扩散形成有黑磷掺杂层;
步骤4.在黑磷掺杂层的两面形成EVA胶膜;
步骤5.在EVA胶膜的两面形成钢化玻璃板。
实施例3
本发明所描述的具有黑磷掺杂层的太阳能光伏组件的制备方法,具体的工艺包括以下步骤:
步骤1.将红磷在密闭真空容器中加热至500~700℃,加热2小时,之后降低温度值350~400℃,并保温10小时,以将红磷转换成的黑磷。之后在离子注入机中,在惰性气体(如氩气)的保护下,并在高压和等离子体放电的条件下将黑磷形成黑磷等离子体。
步骤2.通过离子注入注入黑磷以在所述的N型半导体材料的两面形成P型黑磷区域,离子注入的剂量约为2*1015~8*1015,能量约为40~50(Kev)
步骤3.通过250℃左右的低温热处理,退火1.5~4小时,使离子注入的黑磷向N型半导体材料中央扩散形成有黑磷掺杂层;
步骤4.通过干法或湿法蚀刻,在黑磷掺杂层的上下两表面形成圆形凹槽,干法或湿法蚀刻属于现有的通用技术,本实施例不再详细描述。
步骤5,将碳纳米管荧光材料涂覆在形成有圆形凹槽的黑磷掺杂层表面,在200℃的温度下加热半个小时,之后刮去多余的碳纳米管荧光材料,只在圆形凹槽中填充碳纳米管荧光材料涂,然后,继续加热2小时形成具有碳纳米管荧光材料的黑磷掺杂层。其中,碳纳米管荧光材料的制备方法已在中国专利(CN200410017696.5)中有详细记载。
步骤6.在黑磷掺杂层的两面形成EVA胶膜;
步骤7.在EVA胶膜的两面形成钢化玻璃板。

Claims (7)

1.一种具有黑磷掺杂层的太阳能光伏组件,其特征在于,包括:太阳能电池主体;在所述的太阳能电池主体上下两表面的EVA胶膜;在所述的EVA胶膜的是上下两表面的钢化玻璃板,其中,所述的太阳能电池主体包含N型半导体材料,以及在所述的N型半导体材料上下两表面的P型黑磷掺杂层。
2.根据权利要求1所述的太阳能光伏组件,其特征在于,N型半导体材料可为硅、锗或有机半导体材料。
3.根据权利要求1所述的太阳能光伏组件,其特征在于,在所述的EVA胶膜和所述的黑磷掺杂层之间可形成反光层。
4.根据权利要求1所述的太阳能光伏组件,其特征在于,在所述的EVA胶膜和所述的黑磷掺杂层之间可形成散热层。
5.根据权利要求1所述的太阳能光伏组件,其特征在于,可在所述的P型黑磷掺杂层的上表面和下表面分别形成圆形凹槽,并在所述的凹槽中填充碳纳米管荧光材料。
6.一种具有黑磷掺杂层的太阳能光伏组件的制备方法,其特征在于:
步骤1.通过离子注入注入黑磷以在所述的N型半导体材料的两面形成P型黑磷区域;
步骤2.通过低温热处理使所述的黑磷向所述的N型半导体材料中央扩散形成有黑磷掺杂层;
步骤3.在所述的黑磷掺杂层的两面形成EVA胶膜;
步骤4.在所述的EVA胶膜的两面形成钢化玻璃板。
7.根据权利要求6所述的太阳能光伏组件的制备方法,其特征在于,可通过湿法或干法蚀刻在所述的黑磷层暴露表面形成圆形凹槽,并在所述的圆形凹槽中填充碳纳米管荧光材料。
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