CN115832068A - 一种太阳能电池板及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及太阳能电池技术领域，具体涉及一种太阳能电池板及其制备方法，包括依次层叠设置的金属电极、减反射层、稀土上转换层、硅片和背电极；硅片包括P‑Si层和N‑Si层且在P‑Si层和N‑Si层之间形成PN结；稀土上转换层是由以下方法制得：S1、将氟化钠、稀土氟化物和上转换稀土元素源混合配置成混合粉体，经真空热压烧结，制得稀土掺杂层，然后利用导电胶将稀土掺杂层与背板层贴合制得靶材；S2、将靶材和硅片分别置于溅射室的相应位置，对靶材通过预溅射进行表面除杂，然后调节功率进行起辉溅射；S3、将S2得到的样品退火得到稀土上转换层。本发明通过在硅板的表面增加一层稀土上转换层，大幅提高了其对自然光的利用率。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，具体涉及一种太阳能电池板及其制备方法。
背景技术
太阳能作为一种清洁、无污染、可再生的清洁能源，不会产生任何的环境污染问题，因此，太阳能光电利用成为了近年来发展快速，且具有活力的研究项目之一。
太阳能电池是直接将光能转化为电能的一种光电转换器件。其中，单晶硅太阳能电池主要包括正面梳状电极、减反射膜、N型层、PN结、P型层、背面电极等。当太阳辐射出不同的光射线，并照射在硅表面时，光子与硅的自由电子发生作用而产生电流。但是由于硅表面非常光亮，很容易反射掉大量的太阳光，使大量的太阳能不能被利用，因此，为了减小反射损失，在硅的表面涂上了一层反射系数非常小的减反射膜层，可以将反射损失降低到5%以下。
据估计，若在全球0.4％的陆地面积上覆盖光电转换效率为10％的太阳能电池板，其产生的电量能够满足全球能源需求。因此，大力发展太阳能电池发电技术对于整个人类社会和经济的发展、减少环境污染等具有重要的意义。
目前，太阳能电池的转换效率较低，其中只有部分波长光能转换为电能。以单晶硅太阳能电池为例，能进行光电转换的波长范围在400~800nm之间。这部分波段的光只占自然光光谱的42%左右，约52%红外光波段能量得不到利用。并且太阳能电池板会吸收红外光并转化为热能，太阳能电池板温度升高会降低可见光谱段的光电转换效率。因此亟需开发一种能利用红外波段的自然光的太阳能电池板，用以提高太阳能电池的效率。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种太阳能电池板及其制备方法。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下。
一种太阳能电池板，包括依次层叠设置的金属电极、减反射层、稀土上转换层、硅片和背电极；所述硅片包括P-Si层和N-Si层，且在P-Si层和N-Si层之间形成PN结；
所述稀土上转换层是由以下方法制得：
S1、靶材制备
将氟化钠、稀土氟化物和上转换稀土元素源混合配置成混合粉体，经真空热压烧结，制得稀土掺杂层，然后利用导电胶将稀土掺杂层与背板层贴合，制得靶材；
S2、将靶材和硅片分别置于溅射室的相应位置，并将溅射室抽真空至5×10-5Pa～6.0×10-4Pa，对靶材通过预溅射进行表面除杂，然后将硅片置于辉光中，调节功率进行起辉溅射；
S3、将S2得到的样品在200～350℃下退火1-2小时，使硅片靠近其P-Si层的一侧沉积一层稀土上转换层。
进一步，S1中，所述上转换稀土元素源为PrF3、NdF3、HoF3、EuF3、ErF3、TmF3、YbF3中的任意一种或者多种的组合；
所述稀土氟化物为GdF3、YF3、LuF3中的任意一种。
更进一步，S1中，氟化钠、稀土氟化物与上转换稀土元素源的摩尔比为：76～80：4～20：0.1～0.4。
进一步，S1中，所述靶材的厚度≤6mm；所述背板层的厚度≥2mm；所述稀土掺杂层的厚度≤3mm。
进一步，S1中，真空热压烧结的条件为：真空度为10-2Pa，烧结温度为1000±5℃，烧结压力为30MPa，保温保压时间为8h。
进一步，S2中，调节功率进行起辉溅射的具体操作如下：
向溅射室内充入氩气，调节靶材和硅片之间的间距为90～130mm，调节溅射压强4～10Pa，射频电源溅射功率100~150W，进行起辉溅射，溅射时间30min。
进一步，S3中，退火操作是在真空度为5×10-5Pa～6.0×10-4Pa下进行的。
进一步，所述稀土上转换层的厚度为20～500nm。
本发明还提供一种太阳能电池板的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，使用HF和HCl对P型硅片表面进行清洗并形成绒面，以增加表面积减少光反射；
步骤二，在P型硅片表面喷涂磷源，然后烘干，使磷源沉积在硅片的表面，之后在900～1300℃下使沉积在硅片表面的磷源中的磷向硅片内扩散，构成P-Si层和N-Si层，然后在800～820℃下对磷扩散后的硅片进行加热，在硅片上形成PN结；
步骤三，将氟化钠、稀土氟化物和上转换稀土元素源混合配置成混合粉体，经真空热压烧结，制得稀土掺杂层，然后利用导电胶将稀土掺杂层与背板层贴合，制得靶材；
步骤四，将步骤三的靶材和步骤二的硅片分别置于溅射室的相应位置，并将溅射室抽真空至5×10-5Pa～6.0×10-4Pa，对靶材通过预溅射进行表面除杂，然后将硅片置于辉光中，调节功率进行起辉溅射，然后在200～350℃下退火1-2小时，使硅片靠近其P-Si层的一侧通过磁控溅射的方法沉积一层稀土上转换层；
步骤五，采用MOCVD的方法在硅片靠近稀土上转换层的一侧沉积一层减反射层；
步骤六，将背电极贴合在硅片靠近其N-Si层的一侧，将梳状金属电极贴合在硅片靠近其减反射层的一侧，得到太阳能电池板。
进一步，步骤二中，所述磷源为磷酸、POCl3中的任意一种。
进一步，步骤五中，所述减反射层为SiNx减反射膜层。
进一步，步骤六中，背电极和梳状金属电极均为银电极。
本发明的有益效果：
1、本发明提供一种太阳能电池板，以解决太阳能电池效率低的问题，在利用磁控溅射方法时，首先对稀土上转换层的成分进行了设计，同时将稀土元素直接与基质做成合金靶材，避免后期进行以离子注入的方式将稀土掺杂进薄膜。稀土上转换层可将约29%红外光转变为可被利用的可见光，使用本发明中含有稀土上转化层的太阳能电池板自然光利用率由未使用稀土上转化层的太阳能电池板前的25%提高至29.2%，大幅提高了太阳能电池板对自然光的利用率。
2、本发明主要是提供一种通过在硅板表面增加一层稀土上转换层提高太阳能电池的效率的太阳能电池板。稀土上转换发光材料具有较低的声子能和较高的化学稳定性，是目前发光效率最高的上转换发光材料。
3、本发明利用磁控溅射的方法在硅板表面沉积一层稀土掺杂上转换发光薄膜，本发明的稀土上转换层可将波长范围在800~2000nm之间的红外光转变为可利用的波长范围在400~800nm之间的可见光。
附图说明
图1是本发明实施例提供的太阳能电池板的结构示意图。
图2是本发明实施例提供的靶材的结构示意图。
图中，1、Ag电极；2、减反射层；3、稀土上转换层；4、P-Si层；5、N-Si层；6、背电极；7、无氧铜背板层；8、结合层；9、稀土掺杂层。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下述各实施例中所述实验方法如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可在市场上购买得到。
请参阅图1，一种太阳能电池板，包括依次层叠设置的Ag电极1、减反射层2、稀土上转换层3、P-Si层4、N-Si层5和背电极6。
太阳能电池板的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，使用HF和HCl对P型硅片表面进行清洗，去除硅片表面的机械损伤层，清除硅片表面的油污和金属杂质，并形成绒面，以增加表面积减少光反射，增加硅片对太阳光的吸收。
步骤二，在P型硅片表面喷涂磷源，磷源为磷酸、POCl3中的任意一种。然后烘干，烘干温度300～500℃，烘干时间10～30min；使磷源沉积在硅片的表面，之后在900～1300℃下使沉积在硅片表面的磷源中的磷向硅片内扩散，构成N-Si层，然后在800～820℃下对磷扩散后的硅片进行加热，在硅片上形成PN结。
步骤三，将氟化钠、稀土氟化物和上转换稀土元素源混合配置成混合粉体，经真空热压烧结，真空热压烧结的条件为：真空度为10-2Pa，烧结温度为1000±5℃，烧结压力为30MPa，保温保压时间为8h；制得稀土掺杂层，然后利用导电胶将稀土掺杂层与背板层贴合，制得靶材。
其中，所述上转换稀土元素源为PrF3、NdF3、HoF3、EuF3、ErF3、TmF3、YbF3中的任意一种或者多种的组合；所述稀土氟化物为GdF3、YF3、LuF3中的任意一种。氟化钠、稀土氟化物与上转换稀土元素源的摩尔比为：76～80：4～20：0.1～0.4。所述靶材的厚度≤6mm；所述背板层的厚度≥2mm；所述稀土掺杂层的厚度≤3mm。
步骤四，将步骤三的靶材和步骤二的硅片分别置于溅射室的相应位置，并将溅射室抽真空至5×10-5Pa～6.0×10-4Pa，对靶材通过预溅射进行表面除杂，然后将硅片置于辉光中，调节功率进行起辉溅射，起辉溅射的条件为：向溅射室内充入氩气，调节靶材和硅片之间的间距为90～130mm，调节溅射压强4～10Pa，射频电源溅射功率100~150W，进行起辉溅射，溅射时间30min；然后在真空度为5×10-5Pa～6.0×10-4Pa下于200～350℃退火1-2小时，使硅片靠近其P-Si层的一侧通过磁控溅射的方法沉积一层稀土上转换层；所述稀土上转换层的厚度为20～500nm。
步骤五，采用MOCVD的方法在硅片靠近稀土上转换层的一侧沉积一层SiNx减反射膜层。
步骤六，将背电极贴合在硅片靠近其N-Si层的一侧，将梳状金属电极贴合在硅片靠近其减反射层的一侧，背电极和梳状金属电极均为银电极，得到太阳能电池板。
本发明下述实施例中，所述靶材包括无氧铜背板层7、结合层8和稀土掺杂层9，且依次相连；如图2，采用导电胶（银胶）将无氧铜背板层7和稀土掺杂层9贴合成靶材，其中无氧铜背板层7和稀土掺杂层9之间形成结合层8。
本发明下述实施例中，在使用磁控溅射方法制备稀土上转化层时，所设计靶材的形状不限于圆形，同样适用与矩形等其他形状，靶材的大小根据镀膜设备的靶枪而定。无氧铜背板层7和稀土掺杂层9以及总厚度需要限定，为了防止稀土掺杂层9发生变形以及防止稀土掺杂层破碎，无氧铜背板层7的厚度≥2mm；考虑磁场的作用范围，稀土掺杂层9的厚度≦3mm；结合层8根据结合强度而定，一般较薄，最后由靶枪的结构确定，靶材的总厚度≦6mm。
本发明下述实施例中，稀土掺杂层是将上转换稀土元素源掺入基质中配置混合粉体，经真空热压烧结制备得到稀土掺杂层；上转换稀土元素源为PrF3、NdF3、HoF3、EuF3、ErF3、TmF3、YbF3中的任意一种或者多种的组合；基质为β-NaGdF4、β-NaYF4、β-NaLuF4中的任意一种；具体的，稀土掺杂层是将氟化钠、稀土氟化物和上转换稀土元素源混合配置成混合粉体，经真空热压烧结制备得到稀土掺杂层；稀土氟化物为GdF3、YF3、LuF3中的任意一种。
下面对太阳能电池板的结构进行具体说明。
实施例1
一种太阳能电池板，包括依次层叠设置的Ag电极、减反射层、稀土上转换层、P-Si层、N-Si层和背电极。
太阳能电池板的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，使用HF和HCl对P型硅片表面进行清洗，去除硅片表面的机械损伤层，清除硅片表面的油污和金属杂质，并形成绒面，以增加表面积减少光反射，增加硅片对太阳光的吸收。
步骤二，在P型硅片表面喷涂磷源，磷源为磷酸、POCl3中的任意一种。然后烘干，烘干温度400℃，烘干时间25min；使磷源沉积在硅片的表面，之后在1000℃下使沉积在硅片表面的磷源中的磷向硅片内扩散，构成N-Si层，然后在800℃下对磷扩散后的硅片进行加热，在硅片上形成PN结。
步骤三，将氟化钠、稀土氟化物和上转换稀土元素源混合配置成混合粉体，经真空热压烧结，真空热压烧结的条件为：真空度为10-1～10-3Pa，烧结温度为1050℃，烧结压力为35MPa，保温保压时间为8h；制得稀土掺杂层，然后利用导电胶将稀土掺杂层与无氧铜背板层贴合，制得靶材。其中，所述靶材的总厚度≤6mm；所述无氧铜背板层的厚度≥2mm；所述稀土掺杂层的厚度≤3mm。上转换稀土元素源为ErF3；由氟化钠和稀土氟化物构成的基质为β-NaGdF4；氟化钠、稀土氟化物与上转换稀土元素源的摩尔比为80：15：0.3。
步骤四，将步骤三的靶材和步骤二的硅片分别置于溅射室的相应位置，并将溅射室抽真空至5×10-5Pa～6.0×10-4Pa，对靶材通过预溅射进行表面除杂，然后将硅片置于辉光中，调节功率进行起辉溅射，起辉溅射的条件为：向溅射室内充入氩气，调节靶材和硅片之间的间距为100mm，调节溅射压强8Pa，射频电源溅射功率120W，进行起辉溅射，溅射时间30min；然后在真空度为5×10-5Pa～6.0×10-4Pa下于300℃退火1小时，使硅片靠近其P-Si层的一侧通过磁控溅射的方法沉积一层稀土上转换层；所述稀土上转换层的厚度为100nm。
步骤五，采用MOCVD的方法在硅片靠近稀土上转换层的一侧沉积一层减反射层。
步骤六，将背电极贴合在硅片靠近其N-Si层的一侧，将梳状金属电极贴合在硅片靠近其减反射层的一侧，背电极和梳状金属电极均为银电极，得到太阳能电池板。
实施例2
一种太阳能电池板，包括依次层叠设置的Ag电极、减反射层、稀土上转换层、P-Si层、N-Si层和背电极。
太阳能电池板的制备方法与实施例1的方法基本相同，其不同之处在于，
步骤二，在P型硅片表面喷涂磷源，磷源为磷酸、POCl3中的任意一种。然后烘干，烘干温度500℃，烘干时间30min；使磷源沉积在硅片的表面，之后在1300℃下使沉积在硅片表面的磷源中的磷向硅片内扩散，构成N-Si层，然后在820℃下对磷扩散后的硅片进行加热，在硅片上形成PN结。
步骤三，将氟化钠、稀土氟化物和上转换稀土元素源混合配置成混合粉体，经真空热压烧结，真空热压烧结的条件为：真空度为10-1～10-3Pa，烧结温度为1100℃，烧结压力为40MPa，保温保压时间为6h；制得稀土掺杂层，然后利用导电胶将稀土掺杂层与无氧铜背板层贴合，制得靶材。其中，所述靶材的总厚度≤6mm；所述无氧铜背板层的厚度≥2mm；所述稀土掺杂层的厚度≤3mm。上转换稀土元素源为PrF3；由氟化钠和稀土氟化物构成的基质为β-NaGdF4；氟化钠、稀土氟化物与上转换稀土元素源的摩尔比为80：20：0.4。
步骤四，将步骤三的靶材和步骤二的硅片分别置于溅射室的相应位置，并将溅射室抽真空至5×10-5Pa～6.0×10-4Pa，对靶材通过预溅射进行表面除杂，然后将硅片置于辉光中，调节功率进行起辉溅射，起辉溅射的条件为：向溅射室内充入氩气，调节靶材和硅片之间的间距为130mm，调节溅射压强10Pa，射频电源溅射功率150W，进行起辉溅射，溅射时间30min；然后在真空度为5×10-5Pa～6.0×10-4Pa下于350℃退火2小时，使硅片靠近其P-Si层的一侧通过磁控溅射的方法沉积一层稀土上转换层；所述稀土上转换层的厚度为100nm。
实施例3
一种太阳能电池板，包括依次层叠设置的Ag电极、减反射层、稀土上转换层、P-Si层、N-Si层和背电极。
太阳能电池板的制备方法与实施例1的方法基本相同，其不同之处在于，
步骤二，在P型硅片表面喷涂磷源，磷源为磷酸、POCl3中的任意一种。然后烘干，烘干温度300℃，烘干时间10min；使磷源沉积在硅片的表面，之后在900℃下使沉积在硅片表面的磷源中的磷向硅片内扩散，构成N-Si层，然后在820℃下对磷扩散后的硅片进行加热，在硅片上形成PN结。
步骤三，将氟化钠、稀土氟化物和上转换稀土元素源混合配置成混合粉体，经真空热压烧结，真空热压烧结的条件为：真空度为10-1～10-3Pa，烧结温度为1000℃，烧结压力为30MPa，保温保压时间为10h；制得稀土掺杂层，然后利用导电胶将稀土掺杂层与无氧铜背板层贴合，制得靶材。其中，所述靶材的总厚度≤6mm；所述无氧铜背板层的厚度≥2mm；所述稀土掺杂层的厚度≤3mm。上转换稀土元素源为YbF3；由氟化钠和稀土氟化物构成的基质为β-NaGdF4；氟化钠、稀土氟化物与上转换稀土元素源的摩尔比为76：4：0.1。
步骤四，将步骤三的靶材和步骤二的硅片分别置于溅射室的相应位置，并将溅射室抽真空至5×10-5Pa～6.0×10-4Pa，对靶材通过预溅射进行表面除杂，然后将硅片置于辉光中，调节功率进行起辉溅射，起辉溅射的条件为：向溅射室内充入氩气，调节靶材和硅片之间的间距为90mm，调节溅射压强4Pa，射频电源溅射功率100W，进行起辉溅射，溅射时间30min；然后在真空度为5×10-5Pa～6.0×10-4Pa下于200℃退火2小时，使硅片靠近其P-Si层的一侧通过磁控溅射的方法沉积一层稀土上转换层；所述稀土上转换层的厚度为100nm。
实施例4
一种太阳能电池板，包括依次层叠设置的Ag电极、减反射层、稀土上转换层、P-Si层、N-Si层和背电极。
太阳能电池板的制备方法与实施例1的方法基本相同，其不同之处在于，
步骤二，在P型硅片表面喷涂磷源，磷源为磷酸、POCl3中的任意一种。然后烘干，烘干温度400℃，烘干时间25min；使磷源沉积在硅片的表面，之后在1000℃下使沉积在硅片表面的磷源中的磷向硅片内扩散，构成N-Si层，然后在800℃下对磷扩散后的硅片进行加热，在硅片上形成PN结。
步骤三，将氟化钠、稀土氟化物和上转换稀土元素源混合配置成混合粉体，经真空热压烧结，真空热压烧结的条件为：真空度为10-2Pa，烧结温度为1000±5℃，烧结压力为30MPa，保温保压时间为8h；制得稀土掺杂层，然后利用导电胶将稀土掺杂层与无氧铜背板层贴合，制得靶材。其中，所述靶材的总厚度≤6mm；所述无氧铜背板层的厚度≥2mm；所述稀土掺杂层的厚度≤3mm。上转换稀土元素源为ErF3；由氟化钠和稀土氟化物构成的基质为β-NaYF4；氟化钠、稀土氟化物与上转换稀土元素源的摩尔比为76：10：0.1。
步骤四，将步骤三的靶材和步骤二的硅片分别置于溅射室的相应位置，并将溅射室抽真空至5×10-5Pa～6.0×10-4Pa，对靶材通过预溅射进行表面除杂，然后将硅片置于辉光中，调节功率进行起辉溅射，起辉溅射的条件为：向溅射室内充入氩气，调节靶材和硅片之间的间距为110mm，调节溅射压强6Pa，射频电源溅射功率130W，进行起辉溅射，溅射时间30min；然后在真空度为5×10-5Pa～6.0×10-4Pa下于320℃退火1.5小时，使硅片靠近其P-Si层的一侧通过磁控溅射的方法沉积一层稀土上转换层；所述稀土上转换层的厚度为100nm。
实施例5
一种太阳能电池板，包括依次层叠设置的Ag电极、减反射层、稀土上转换层、P-Si层、N-Si层和背电极。
太阳能电池板的制备方法与实施例1的方法基本相同，其不同之处在于，
步骤二，在P型硅片表面喷涂磷源，磷源为磷酸、POCl3中的任意一种。然后烘干，烘干温度400℃，烘干时间25min；使磷源沉积在硅片的表面，之后在1000℃下使沉积在硅片表面的磷源中的磷向硅片内扩散，构成N-Si层，然后在800℃下对磷扩散后的硅片进行加热，在硅片上形成PN结。
步骤三，将氟化钠、稀土氟化物和上转换稀土元素源混合配置成混合粉体，经真空热压烧结，真空热压烧结的条件为：真空度为10-2Pa，烧结温度为1000±5℃，烧结压力为30MPa，保温保压时间为8h；制得稀土掺杂层，然后利用导电胶将稀土掺杂层与无氧铜背板层贴合，制得靶材。其中，所述靶材的总厚度≤6mm；所述无氧铜背板层的厚度≥2mm；所述稀土掺杂层的厚度≤3mm。上转换稀土元素源为ErF3；由氟化钠和稀土氟化物构成的基质为β-NaGdF4；氟化钠、稀土氟化物与上转换稀土元素源的摩尔比为78：4：0.4。
步骤四，将步骤三的靶材和步骤二的硅片分别置于溅射室的相应位置，并将溅射室抽真空至5×10-5Pa～6.0×10-4Pa，对靶材通过预溅射进行表面除杂，然后将硅片置于辉光中，调节功率进行起辉溅射，起辉溅射的条件为：向溅射室内充入氩气，调节靶材和硅片之间的间距为120mm，调节溅射压强10Pa，射频电源溅射功率150W，进行起辉溅射，溅射时间30min；然后在真空度为5×10-5Pa～6.0×10-4Pa下于350℃退火2小时，使硅片靠近其P-Si层的一侧通过磁控溅射的方法沉积一层稀土上转换层；所述稀土上转换层的厚度为200nm。
实施例6
一种太阳能电池板，包括依次层叠设置的Ag电极、减反射层、稀土上转换层、P-Si层、N-Si层和背电极。
太阳能电池板的制备方法与实施例1的方法基本相同，其不同之处在于，
步骤二，在P型硅片表面喷涂磷源，磷源为磷酸、POCl3中的任意一种。然后烘干，烘干温度400℃，烘干时间25min；使磷源沉积在硅片的表面，之后在1000℃下使沉积在硅片表面的磷源中的磷向硅片内扩散，构成N-Si层，然后在800℃下对磷扩散后的硅片进行加热，在硅片上形成PN结。
步骤三，将氟化钠、稀土氟化物和上转换稀土元素源混合配置成混合粉体，经真空热压烧结，真空热压烧结的条件为：真空度为10-2Pa，烧结温度为1000±5℃，烧结压力为30MPa，保温保压时间为8h；制得稀土掺杂层，然后利用导电胶将稀土掺杂层与无氧铜背板层贴合，制得靶材。其中，所述靶材的总厚度≤6mm；所述无氧铜背板层的厚度≥2mm；所述稀土掺杂层的厚度≤3mm。上转换稀土元素源为ErF3；由氟化钠和稀土氟化物构成的基质为β-NaGdF4；氟化钠、稀土氟化物与上转换稀土元素源的摩尔比为80：16：0.2。
步骤四，将步骤三的靶材和步骤二的硅片分别置于溅射室的相应位置，并将溅射室抽真空至5×10-5Pa～6.0×10-4Pa，对靶材通过预溅射进行表面除杂，然后将硅片置于辉光中，调节功率进行起辉溅射，起辉溅射的条件为：向溅射室内充入氩气，调节靶材和硅片之间的间距为120mm，调节溅射压强8Pa，射频电源溅射功率150W，进行起辉溅射，溅射时间30min；然后在真空度为5×10-5Pa～6.0×10-4Pa下于350℃退火2小时，使硅片靠近其P-Si层的一侧通过磁控溅射的方法沉积一层稀土上转换层；所述稀土上转换层的厚度为50nm。
实施例7
一种太阳能电池板，包括依次层叠设置的Ag电极、减反射层、稀土上转换层、P-Si层、N-Si层和背电极。
太阳能电池板的制备方法与实施例1的方法基本相同，其不同之处在于，
步骤二，在P型硅片表面喷涂磷源，磷源为磷酸、POCl3中的任意一种。然后烘干，烘干温度400℃，烘干时间25min；使磷源沉积在硅片的表面，之后在1000℃下使沉积在硅片表面的磷源中的磷向硅片内扩散，构成N-Si层，然后在800℃下对磷扩散后的硅片进行加热，在硅片上形成PN结。
步骤三，将氟化钠、稀土氟化物和上转换稀土元素源混合配置成混合粉体，经真空热压烧结，真空热压烧结的条件为：真空度为10-2Pa，烧结温度为1000±5℃，烧结压力为30MPa，保温保压时间为8h；制得稀土掺杂层，然后利用导电胶将稀土掺杂层与无氧铜背板层贴合，制得靶材。其中，所述靶材的总厚度≤6mm；所述无氧铜背板层的厚度≥2mm；所述稀土掺杂层的厚度≤3mm。上转换稀土元素源为ErF3和YbF3（摩尔比1：1）；由氟化钠和稀土氟化物构成的基质为β-NaGdF4；氟化钠、稀土氟化物与上转换稀土元素源的摩尔比为80：10：0.1。
步骤四，将步骤三的靶材和步骤二的硅片分别置于溅射室的相应位置，并将溅射室抽真空至5×10-5Pa～6.0×10-4Pa，对靶材通过预溅射进行表面除杂，然后将硅片置于辉光中，调节功率进行起辉溅射，起辉溅射的条件为：向溅射室内充入氩气，调节靶材和硅片之间的间距为100mm，调节溅射压强8Pa，射频电源溅射功率120W，进行起辉溅射，溅射时间30min；然后在真空度为5×10-5Pa～6.0×10-4Pa下于300℃退火1小时，使硅片靠近其P-Si层的一侧通过磁控溅射的方法沉积一层稀土上转换层；所述稀土上转换层的厚度为100nm。
实施例8
一种太阳能电池板，包括依次层叠设置的Ag电极、减反射层、稀土上转换层、P-Si层、N-Si层和背电极。
太阳能电池板的制备方法与实施例1的方法基本相同，其不同之处在于，
步骤二，在P型硅片表面喷涂磷源，磷源为磷酸、POCl3中的任意一种。然后烘干，烘干温度400℃，烘干时间25min；使磷源沉积在硅片的表面，之后在1000℃下使沉积在硅片表面的磷源中的磷向硅片内扩散，构成N-Si层，然后在800℃下对磷扩散后的硅片进行加热，在硅片上形成PN结。
步骤三，将氟化钠、稀土氟化物和上转换稀土元素源混合配置成混合粉体，经真空热压烧结，真空热压烧结的条件为：真空度为10-2Pa，烧结温度为1000±5℃，烧结压力为30MPa，保温保压时间为8h；制得稀土掺杂层，然后利用导电胶将稀土掺杂层与无氧铜背板层贴合，制得靶材。其中，所述靶材的总厚度≤6mm；所述无氧铜背板层的厚度≥2mm；所述稀土掺杂层的厚度≤3mm。上转换稀土元素源为ErF3和PrF3（摩尔比1：1）；由氟化钠和稀土氟化物构成的基质为β-NaGdF4；氟化钠、稀土氟化物与上转换稀土元素源的摩尔比为80：10：0.3。
步骤四，将步骤三的靶材和步骤二的硅片分别置于溅射室的相应位置，并将溅射室抽真空至5×10-5Pa～6.0×10-4Pa，对靶材通过预溅射进行表面除杂，然后将硅片置于辉光中，调节功率进行起辉溅射，起辉溅射的条件为：向溅射室内充入氩气，调节靶材和硅片之间的间距为100mm，调节溅射压强8Pa，射频电源溅射功率120W，进行起辉溅射，溅射时间30min；然后在真空度为5×10-5Pa～6.0×10-4Pa下于300℃退火1小时，使硅片靠近其P-Si层的一侧通过磁控溅射的方法沉积一层稀土上转换层；所述稀土上转换层的厚度为100nm。
实施例9
一种太阳能电池板，包括依次层叠设置的Ag电极、减反射层、稀土上转换层、P-Si层、N-Si层和背电极。
太阳能电池板的制备方法与实施例1的方法基本相同，其不同之处在于，
步骤二，在P型硅片表面喷涂磷源，磷源为磷酸、POCl3中的任意一种。然后烘干，烘干温度400℃，烘干时间25min；使磷源沉积在硅片的表面，之后在1000℃下使沉积在硅片表面的磷源中的磷向硅片内扩散，构成N-Si层，然后在800℃下对磷扩散后的硅片进行加热，在硅片上形成PN结。
步骤三，将氟化钠、稀土氟化物和上转换稀土元素源混合配置成混合粉体，经真空热压烧结，真空热压烧结的条件为：真空度为10-2Pa，烧结温度为1000±5℃，烧结压力为30MPa，保温保压时间为8h；制得稀土掺杂层，然后利用导电胶将稀土掺杂层与无氧铜背板层贴合，制得靶材。其中，所述靶材的总厚度≤6mm；所述无氧铜背板层的厚度≥2mm；所述稀土掺杂层的厚度≤3mm。上转换稀土元素源为ErF3和YbF3（摩尔比1：1）；由氟化钠和稀土氟化物构成的基质为β-NaGdF4；氟化钠、稀土氟化物与上转换稀土元素源的摩尔比为80：20：0.1。
步骤四，将步骤三的靶材和步骤二的硅片分别置于溅射室的相应位置，并将溅射室抽真空至5×10-5Pa～6.0×10-4Pa，对靶材通过预溅射进行表面除杂，然后将硅片置于辉光中，调节功率进行起辉溅射，起辉溅射的条件为：向溅射室内充入氩气，调节靶材和硅片之间的间距为100mm，调节溅射压强8Pa，射频电源溅射功率120W，进行起辉溅射，溅射时间30min；然后在真空度为5×10-5Pa～6.0×10-4Pa下于300℃退火1小时，使硅片靠近其P-Si层的一侧通过磁控溅射的方法沉积一层稀土上转换层；所述稀土上转换层的厚度为200nm。
实施例10
一种太阳能电池板，包括依次层叠设置的Ag电极、减反射层、稀土上转换层、P-Si层、N-Si层和背电极。
太阳能电池板的制备方法与实施例1的方法基本相同，其不同之处在于，
步骤二，在P型硅片表面喷涂磷源，磷源为磷酸、POCl3中的任意一种。然后烘干，烘干温度400℃，烘干时间25min；使磷源沉积在硅片的表面，之后在1000℃下使沉积在硅片表面的磷源中的磷向硅片内扩散，构成N-Si层，然后在800℃下对磷扩散后的硅片进行加热，在硅片上形成PN结。
步骤三，将氟化钠、稀土氟化物和上转换稀土元素源混合配置成混合粉体，经真空热压烧结，真空热压烧结的条件为：真空度为10-2Pa，烧结温度为1000±5℃，烧结压力为30MPa，保温保压时间为8h；制得稀土掺杂层，然后利用导电胶将稀土掺杂层与无氧铜背板层贴合，制得靶材。其中，所述靶材的总厚度≤6mm；所述无氧铜背板层的厚度≥2mm；所述稀土掺杂层的厚度≤3mm。上转换稀土元素源为ErF3和YbF3（摩尔比1：1）；由氟化钠和稀土氟化物构成的基质为β-NaGdF4；氟化钠、稀土氟化物与上转换稀土元素源的摩尔比为80：20：0.1。
步骤四，将步骤三的靶材和步骤二的硅片分别置于溅射室的相应位置，并将溅射室抽真空至5×10-5Pa～6.0×10-4Pa，对靶材通过预溅射进行表面除杂，然后将硅片置于辉光中，调节功率进行起辉溅射，起辉溅射的条件为：向溅射室内充入氩气，调节靶材和硅片之间的间距为100mm，调节溅射压强8Pa，射频电源溅射功率120W，进行起辉溅射，溅射时间30min；然后在真空度为5×10-5Pa～6.0×10-4Pa下于300℃退火1小时，使硅片靠近其P-Si层的一侧通过磁控溅射的方法沉积一层稀土上转换层；所述稀土上转换层的厚度为50nm。
对比例1
一种太阳能电池板，包括依次层叠设置的Ag电极、减反射层、P-Si层、N-Si层和背电极。
太阳能电池板的制备方法，与实施例1的方法基本相同，其不同之处在于，不包含稀土上转换层的制备，包括以下步骤：
步骤一，使用HF和HCl对P型硅片表面进行清洗，去除硅片表面的机械损伤层，清除硅片表面的油污和金属杂质，并形成绒面，以增加表面积减少光反射，增加硅片对太阳光的吸收。
步骤二，在P型硅片表面喷涂磷源，磷源为磷酸、POCl3中的任意一种。然后烘干，烘干温度400℃，烘干时间25min；使磷源沉积在硅片的表面，之后在1000℃下使沉积在硅片表面的磷源中的磷向硅片内扩散，构成N-Si层，然后在800℃下对磷扩散后的硅片进行加热，在硅片上形成PN结。
步骤三，采用MOCVD的方法在硅片靠近稀土上转换层的一侧沉积一层减反射层。
步骤四，将背电极贴合在硅片靠近其N-Si层的一侧，将梳状金属电极贴合在硅片靠近其减反射层的一侧，背电极和梳状金属电极均为银电极，得到太阳能电池板。
下面对实施例1～10及对比例1制备的太阳能电池的光电转换效率进行统计，结果见表1。
表1 光电转换效率统计结果
注：基质是由氟化钠和稀土氟化物构成的基质；摩尔比为氟化钠、稀土氟化物与上转换稀土元素源的摩尔比。
由表1结果可见，本发明实施例提供的含有稀土上转化层的太阳能电池板自然光利用率由未使用稀土上转化层的太阳能电池板前的25%提高至29.2%，大幅提高了太阳能电池板对自然光的利用率。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种太阳能电池板，其特征在于，包括依次层叠设置的金属电极、减反射层、稀土上转换层、硅片和背电极；所述硅片包括P-Si层和N-Si层，且在P-Si层和N-Si层之间形成PN结；
所述稀土上转换层是由以下方法制得：
S1、靶材制备
将氟化钠、稀土氟化物和上转换稀土元素源混合配置成混合粉体，经真空热压烧结，制得稀土掺杂层，然后利用导电胶将稀土掺杂层与背板层贴合，制得靶材；
S2、将靶材和硅片分别置于溅射室的相应位置，并将溅射室抽真空至5×10-5Pa～6.0×10-4Pa，对靶材通过预溅射进行表面除杂，然后将硅片置于辉光中，调节功率进行起辉溅射；
S3、将S2得到的样品在200～350℃下退火1-2小时，使硅片靠近其P-Si层的一侧沉积一层稀土上转换层。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池板，其特征在于，S1中，所述上转换稀土元素源为PrF3、NdF3、HoF3、EuF3、ErF3、TmF3、YbF3中的任意一种或者多种的组合；
所述稀土氟化物为GdF3、YF3、LuF3中的任意一种。
3.根据权利要求2所述的太阳能电池板，其特征在于，S1中，氟化钠、稀土氟化物与上转换稀土元素源的摩尔比为：76～80：4～20：0.1～0.4。
4.根据权利要求1所述的太阳能电池板，其特征在于，S1中，所述靶材的厚度≤6mm；所述背板层的厚度≥2mm；所述稀土掺杂层的厚度≤3mm。
5.根据权利要求1所述的太阳能电池板，其特征在于，S1中，真空热压烧结的条件为：真空度为10-2Pa，烧结温度为1000±5℃，烧结压力为30MPa，保温保压时间为8h。
6.根据权利要求1所述的太阳能电池板，其特征在于，S2中，调节功率进行起辉溅射的具体操作如下：
向溅射室内充入氩气，调节靶材和硅片之间的间距为90～130mm，调节溅射压强4～10Pa，射频电源溅射功率100~150W，进行起辉溅射，溅射时间30min。
7.根据权利要求1所述的太阳能电池板，其特征在于，S3中，退火操作是在真空度为5×10-5Pa～6.0×10-4Pa下进行的。
8.根据权利要求1所述的太阳能电池板，其特征在于，所述稀土上转换层的厚度为20～500nm。
9.一种权利要求1所述的太阳能电池板的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，使用HF和HCl对P型硅片表面进行清洗并形成绒面，以增加表面积减少光反射；
步骤二，在P型硅片表面喷涂磷源，然后烘干，使磷源沉积在硅片的表面，之后在900～1300℃下使沉积在硅片表面的磷源中的磷向硅片内扩散，构成P-Si层和N-Si层，然后在800～820℃下对磷扩散后的硅片进行加热，在硅片上形成PN结；
步骤三，将氟化钠、稀土氟化物和上转换稀土元素源混合配置成混合粉体，经真空热压烧结，制得稀土掺杂层，然后利用导电胶将稀土掺杂层与背板层贴合，制得靶材；
步骤四，将步骤三的靶材和步骤二的硅片分别置于溅射室的相应位置，并将溅射室抽真空至5×10-5Pa～6.0×10-4Pa，对靶材通过预溅射进行表面除杂，然后将硅片置于辉光中，调节功率进行起辉溅射，然后在200～350℃下退火1-2小时，使硅片靠近其P-Si层的一侧通过磁控溅射的方法沉积一层稀土上转换层；
步骤五，采用MOCVD的方法在硅片靠近稀土上转换层的一侧沉积一层减反射层；
步骤六，将背电极贴合在硅片靠近其N-Si层的一侧，将梳状金属电极贴合在硅片靠近其减反射层的一侧，得到太阳能电池板。
10.根据权利要求9所述的太阳能电池板的制备方法，其特征在于，步骤二中，所述磷源为磷酸、POCl3中的任意一种。
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