一种硅异质结太阳能电池

1.本发明属于太阳能电池技术领域，涉及一种硅异质结太阳能电池，具体来说是一种通过引入发光量子点薄膜来降低短波寄生吸收同时实现彩色图案化的硅异质结太阳能电池。


背景技术：

2.硅异质结电池主要是继铝背场(bsf)结构电池、钝化发射极背面接触(perc)结构电池之后的一种新型的晶硅电池。与传统硅电池相比，异质结硅电池是一种高效且器件结构简单的太阳能电池，大大减少了制备工序和时间。由于近几年工艺改进等因素，异质结硅电池发展迅速，其效率已经超过了传统的硅太阳能电池，极有可能成为下一代发展与投入实际应用的太阳能电池。
3.尽管异质结硅电池本身具有非常卓越的性能，但相比于其它的商业化电池，它在短波的寄生吸收特别严重，主要是由于电池正面的非晶硅层有很强的吸光系数，其半导体带隙在1.7ev左右，对短波光有很强的寄生吸收，从而影响电池的光电流。因此，减少非晶硅对电池段短波段的光寄生吸收是提高异质结硅电池光电流的重要途经。
4.此外，目前商业化的电池片主要呈现深蓝色(栅状的白色是银栅)，其单一的颜色与样式很难与城市中的建筑融合，而美观正是目前城市化过程中亟需考虑的部分。建筑物集成光伏成为了当前一个新兴研究方向，但是目前实现彩色图案化的方法往往是在电池表面涂一层彩色的反射涂层，反射彩色(可见光)后电池将失去对这部分光的利用，这将大大降低电池的光电流。


技术实现要素：

5.本发明旨在解决上述问题，提供了一种硅异质结太阳能电池，通过在异质结硅太阳能电池上引入发光量子点薄膜来降低异质结硅太阳能电池短波寄生吸收同时实现彩色图案化。
6.按照本发明的技术方案，所述硅异质结太阳能电池，包括基板和设置在所述基板上的发光量子点薄膜，所述基板包括依次设置的第一银栅层、第一ito(氧化铟锡)层、p型非晶硅层、第一本征非晶硅层、第一n型单晶硅层、第二本征非晶硅层、第二n型非晶硅层、第二ito层和第二银栅层，所述发光量子点薄膜覆盖在第一银栅层的外表面上。
7.具体的，第一n型单晶硅层和第一n型单晶硅层需要制绒清洗去除硅片表面机械损伤层，形成金字塔绒面。第一本征非晶硅层、第二本征非晶硅层、p型非晶硅层、第一n型单晶硅层和第二n型非晶硅层用pecvd(等离子体增强化学的气相沉积法)方法沉积。第一ito层和第二ito层使用pvd(物理气相沉积)设备溅射。第一银栅层和第二银栅层用丝印设备做成栅状，收集电荷的同时尽量减少遮光。
8.进一步的，所述发光量子点薄膜的厚度为0.027
‑
2μm，通过厚度的调整，最大程度的降低异质结硅太阳能电池短波寄生吸收。
9.具体的，红光发光量子点薄膜的厚度为：45nm
‑
1100nm(105nm最优)，绿光发光量子点薄膜的厚度为：27nm到1900nm(132nm最优)，蓝光发光量子点薄膜的厚度为：80nm
‑
2000nm(105nm最优)。
10.进一步的，所述发光量子点薄膜的制备方法如下：
11.向发光量子点固体颗粒物中加入溶剂i，配置成发光量子点分散液；将发光量子点分散液集成到基板的第一银栅层的外表面形成所述发光量子点薄膜。
12.进一步的，所述溶剂i为正己烷、油胺、十二烷基硫醇、油酸中、十八碳烯、二苯醚、石蜡油和甲基吡咯烷酮的一种或多种。
13.进一步的，所述发光量子点分散液的浓度为40
‑
200mg/ml。
14.具体的，所述发光量子点薄膜的制备方法可以如下：用电子天平称量600mg发光量子点固体颗粒物，加入正己烷，磁力搅拌2h混合均匀，配置成浓度为200mg/ml发光量子点分散原液；然后，使用移液枪吸取高浓度的分散液按一定比例稀释，分别配置成不同浓度(40
‑
200mg/ml)的发光量子点分散液；将发光量子点分散液集成到基板的第一银栅层的外表面形成所述发光量子点薄膜。优选的，发光量子点分散液后的异质结硅太阳能电池片再放置在加热板上退火30min，以去除多余的正己烷溶剂。
15.进一步的，所述发光量子点分散液利用旋涂、刮涂或喷墨打印的方式集成到基板的第一银栅层的外表面。
16.进一步的，向所述发光量子点分散液中加入苯基环乙烷溶液，制备成发光量子点油墨后喷墨打印至基板的第一银栅层的外表面形成所述发光量子点薄膜。
17.进一步的，在所述第一银栅层的外表面涂覆亲水层后再进行发光量子点油墨的喷墨打印。
18.进一步的，所述亲水层为聚二甲基硅氧烷膜。
19.具体的，所述聚二甲基硅氧烷膜的制备方法如下：用电子天平称量1g的聚二甲基硅氧烷(pdms)预聚物，再称量100mg的pdms固化剂；使用搅拌棒将二者初步混合后，离心机4000r/min下离心15min，去除多余气泡，得到pdms混合物；然后，取一定量的pdms混合物加入5ml的甲苯溶液中配置成1wt％的pdms甲苯分散液，将pdms甲苯分散液放置在磁力搅拌机上2h混合均匀；在电池样品上通过旋涂法，取pdms甲苯分散液进行旋涂，转速3000r/min，旋涂时间1min；将旋涂后的电池样品放置在加热台上80℃退火1h，使pdms膜固化。
20.进一步的，发光量子点油墨喷墨打印时，基板的加热温度为50
‑
70℃。
21.本发明的技术方案相比现有技术具有以下优点：通过引入发光量子点来修饰异质结硅太阳能电池，颜色单调的异质结硅电池可以呈现各种不同的颜色；并且这种异质结硅电池的短波吸收也大大降低，效率与商业化的异质结硅电池相近。
附图说明
22.图1为实施例一旋涂红色发光量子点前(a)后(b)整体和短波部分异质结硅电池的eqe图。
23.图2为实施例一旋涂绿色发光量子点前(a)后(b)整体和短波部分异质结硅电池的eqe图。
24.图3为实施例一旋涂蓝色发光量子点前(a)后(b)整体和短波部分异质结硅电池的
eqe图。
25.图4为实施例二分步打印出来的彩色图案。
具体实施方式
26.下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
27.实施例一
28.以正己烷(c6h
14
)为溶剂，配置三种发光量子点溶液(红色、绿色、蓝色)，浓度均为60mg/ml，在磁力搅拌机中混合2h；使用旋涂仪，以2000
‑
4000r/min的旋涂速度，旋涂1min，将发光量子点溶液涂覆至基板上；然后将涂覆过发光量子点溶液的基板放在90℃的加热台上退火30min，以去除多余的溶剂。
29.使用太阳能量子效率测试系统测试异质结硅电池的eqe，具体分析结果如下：
30.(1)如图1
‑
3所示，分别是旋涂红色，绿色，蓝色发光量子点前后整体和短波部分异质结硅电池的eqe图，可以看出旋涂之后，短波部分的eqe明显提升。(红光发光量子点厚度为105nm，绿光发光量子点厚度为132nm，蓝光量子点厚度为105nm。)
31.(2)表1是旋涂蓝色量子点后异质结硅太阳能电池的i
‑
v性能变化对比，可以看出，引入发光量子点后效率有提升作用。这主要是因为在未达到吸收之前，发光量子点对光的吸收很微弱，比如选用的红光、绿光、蓝光发光量子点的第一激发峰分别在610nm、520nm、440nm。以蓝光发光量子点为例，在440nm之前的可见光波段，该量子点几乎不吸收光子，这是最重要的原因。其次，区别于普通的蓝光玻璃，该量子点材料是利用自发光(pl)中20％
‑
30％左右的光，到达人眼以达到可视蓝光的效果。
32.表1旋涂蓝色量子点前后电池iv性能对比
[0033][0034]
实施例二
[0035]
以正己烷(c6h
14
)为溶剂，配置三种发光量子点溶液(红色、绿色、蓝色)，浓度均为60mg/ml，在磁力搅拌机中混合2h；取0.4ml上述三种发光量子点溶液，加入1.6ml苯基环己烷溶液，制成发光量子点油墨以备喷墨打印。
[0036]
用电子天平称量1g的聚二甲基硅氧烷(pdms)预聚物，再称量100mg的pdms固化剂(道康宁sylgard 184，主要成分为带乙烯基侧链的预聚物及交联剂poly(dimethyl
‑
methylhydrogenosiloxane))；使用搅拌棒将二者初步混合后，离心机4000r/min下离心15min，去除多余气泡，得到pdms混合物；然后，取一定量的pdms混合物加入5ml的甲苯溶液中配置成1wt％的pdms甲苯分散液，将pdms甲苯分散液放置在磁力搅拌机上2h混合均匀；在电池样品上通过旋涂法，取pdms甲苯分散液进行旋涂，转速3000r/min，旋涂时间1min；将旋
涂后的电池样品放置在加热台上80℃退火1h，使pdms膜固化，制成带有超薄pdms膜的电池样品备用。
[0037]
将上述三种1.5ml的量子点油墨经过200nm孔径的滤头过滤加入打印墨盒中，开始打印；电池样品的加热温度设置为60℃，打印完的电池样品(异质结硅太阳能电池片)再放置在加热板上退火30min，以去除多余的甲苯。
[0038]
分步打印出来的彩色图案如图4所示，其中，a是打印后的整体状态，b是从a图中提取的除开打印物(荷花)的图片，c图是荷花的花冠部分(红色)，d图是荷花的根茎部分(绿色)。表2是图4所示图案打印之后的效率：可以看出，喷墨荷花图案后后效率几乎维持不变。
[0039]
表2喷墨打印量子点前后电池iv性能对比
[0040][0041]
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。