技術領域

本發明涉及晶體硅太陽能電池的制備領域，尤其涉及一種上轉換太陽能電池及其制備方法。

背景技術

晶體硅的禁帶寬度為1.12eV，其可利用的太陽光波長低于1120nm，因此單結晶體硅太陽能電池對太陽光子的利用率不高，其理論效率上限是30%，而且其中絕大部分的能量損失是由于太陽能電池能有效利用的光譜和標準太陽光譜的不匹配造成的。要提高太陽光子的利用率，可通過兩個手段來實現：第一，改變太陽能電池結構，使其可以更有效的利用太陽光；第二，改變到達P-N結的太陽光的光譜分布，使其和太陽能電池的響應更匹配。

其中，可以通過制造多結太陽能電池、MEG（Multiple?Exciton?Generation，多激子產生）太陽能電池、SSQC（Space-Separated?Quantum?Cutting，空間分割量子剪裁）太陽能電池等方法來實現第一種方法。MEG過程是通過高能光子產生的載流子的多余能量來產生額外的載流子，從而實現一個高能光子產生多對電子空穴對的過程；SSQC是通過兩個空間分離但臨近的硅納米晶體之間的相互作用來實現吸收一個高能光子產生兩對或多對電了空穴對。多結太陽能電池的價格昂貴；MEG和SSQC的實際效率和可行性還有待于進一步的深入研究，很難實現。因此，第一種方法的可行性不高，第二種方法即使太陽光譜和太陽能電池的光譜響應范圍達到一個理想的匹配成了研究者關注的熱點。

改變光子波長有上轉換和下轉換兩種形式。上轉換是將兩個低能光子轉換為一個高能粒子，如將兩個紅外光子轉換為一個藍光光子；下轉換是將一個高能粒子轉換為兩個低能粒子，如將一個紫外光子轉換為兩個紅外光子。根據光子在基體材料中的穿透能力，在P-N結一面添加下轉換材料或者在背面添加上轉換材料可以起到充分利用光子的作用。

目前對于上轉換材料和下轉換材料的添加通常采用的方法是在電池表面涂覆含轉換材料的薄膜或將轉化材料混合于組件EVA和玻璃中，但是這些方法效果都不理想，嚴重阻礙了太陽能電池效率的提升。

發明內容

本發明將具有上轉換作用的稀土材料或者其他物質加入到背面導電漿料中，形成背電極/上轉換器系統，在具有背電極作用的同時，完成對于長波光子的上轉換，有效提高了晶體硅太陽能電池的光電轉換效率。

根據本發明的一個方面，提供一種上轉換太陽能電池的制備方法，所述制備方法包括以下步驟：

a）在硅片的正面形成絨面；

b）在所述硅片正面形成P-N結；

c）在所述P-N結上形成減反膜；

d）在所述硅片背面形成背電極/上轉換器系統；

e）在所述硅片正面形成正電極。

根據本發明的一個具體實施方式，所述步驟d）具體為：在所述硅片背面印刷導電漿料，之后對所述硅片進行燒結以在所述硅片背面形成背電極/上轉換器系統。

根據本發明的另一個具體實施方式，所述導電漿料包括：金屬顆粒、無機玻璃料、有機載體和上轉換材料。

根據本發明的又一個具體實施方式，所述上轉換材料包括稀土離子或非稀土材料中的一種或多種的組合。

根據本發明的又一個具體實施方式，所述稀土離子包括：Er³⁺、Yb³⁺、Tm³⁺、Pr³⁺和/或Ho³⁺；所述非稀土材料包括ZnS。

根據本發明的另一個方面，提供一種上轉換太陽能電池，所述上轉換太陽能電池由下至上依次包括：背電極/上轉換器系統、硅片、P-N結、絨面、減反膜、正電極；其特征在于，

所述背電極/上轉換器系統由含有金屬顆粒、無機玻璃料、有機載體和上轉換材料的導電漿料制成。

太陽能電池背面金屬電極主要起反型（將背面殘留N型層變為P型層）、吸雜和將電導出的作用。如果將少量具有上轉換作用的稀土材料或者其他物質加入背面導電漿料中，通過優化其添加量和組合比例，可以在不改變背電極反型、吸雜和導電作用的前提下，將到達硅片背面電極界面的長波光子轉換為可被電池利用的短波光子，這些短波光子被金屬電極反射再次到達P-N結進行光電轉換，從而可以大大提高電池的轉換效率。

采用本發明的方法上轉換材料添加量少，添加工藝簡單，基本不會影響原有導電漿料的物理性質，成本低，可操作性強。使用這種添加上轉換材料的導電漿料制備太陽能電池背電極，太陽能電池的光電轉換效率較常規太陽能電池可以提高0.10%～0.20%。

附圖說明