一种高效热光伏电池制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电池技术领域，具体涉及到一种高效热光伏电池制备方法。
【背景技术】
[0002]太阳能电池是一种有效地吸收太阳辐射能，利用光生伏打效应把光能转换成电能的器件，当太阳光照在半导体P-Ν结(P-N Junct1n)上，形成新的空穴-电子对(V_Epair)，在P-Ν结电场的作用下，空穴由N区流向P区，电子由P区流向N区，接通电路后就形成电流。由于是利用各种势皇的光生伏特效应将太阳光能转换成电能的固体半导体器件，故又称太阳能电池或光伏电池，是太阳能电池阵电源系统的重要组件。太阳能电池主要有晶硅(Si)电池，三五族半导体电池(GaAs, Cds/Cu2S, Cds/CdTe, Cds/InP, CdTe/Cu2Te)，无机电池，有机电池等，其中晶硅太阳能电池居市场主流主导地位。晶硅太阳能电池的基本材料为纯度达99.9999%、电阻率在10 Ω-cm以上的P型单晶硅，包括正面绒面、正面p-n结、正面减反射膜、正背面电极等部分。在组件封装为正面受光照面加透光盖片(如高透玻璃及EVA)保护，防止电池受外层空间范爱伦带内高能电子和质子的辐射损伤。
[0003]热光伏电池技术是将高温热辐射体的能量通过半导体P-Ν结直接转换成电能的技术，即利用半导体P-Ν结在近红外光照射下，产生光生伏特效应。其原理与传统太阳能电池相似，差别在光源利用不同。传统太阳能电池是利用太阳光或可见光(400-800nm)，但热光伏电池则是利用红外线热辐射或火焰发出的红外线(800-2000nm)。
[0004]热光伏电池概念为上世纪60年代提出，目前美国和德国研究集中在制备方法相对简单的锑化镓(GaSb)同质P-Ν结热光伏电池，麻省理工学院林肯实验室C.A.WANG报导了 M0VPE生长热光伏(TPV)用GalnAsSb合金材料研究进展，用与之晶格匹配的GaSb基材，所有前体均为有机金属；包括:TMGa，TMIn, TBAs, TMSb ；n/p型参杂剂分别为DMTe和DMZn ；材料质量取决于生长温度，In和As含量和衬底错取向度。得到了类镜面的表面形貌和室温光萤(PL)光谱，其峰值发射波长为2-2.59mm ;X射线衍射，表面形貌和低温测量表明，生长温度由575°C下降至525°C及减少In，As含量都可使材料质量提高。1996年，美国的JX Crystals公司报导了基于GaSb电池的便携式小型热光伏发电系统，能源利用率接近90%，美国西华盛顿大学开发了一种热光伏动力汽车样品，装配8个GaSb热光伏系统组件，最高时速100英哩。
[0005]热光伏电池目前研究较多的有S1、Ge、GaSb, InGaSb、InGaAsSb及多量子阱(MQW)电池等。
【发明内容】
[0006]本发明提供了一种高效热光伏电池制备方法，采用不同于现有的光伏电池制备方法，相较于传统太阳能电池，具有制作简单、光电转换率高等特点。
[0007]具体技术方案如下:一种高效热光伏电池制备方法，包括以下步骤:
[0008]N型锑化镓片的清洗；
[0009]N型锑化镓片的表面碱制绒；
[0010]采用锌扩散法制备Ρ+层；
[0011]折射率层的建立；
[0012]电极层的建立。
[0013]上述的制备方法，其中，所述Ν型锑化镓片的清洗的步骤包括:
[0014]Ν型锑化镓片的选取；
[0015]采用湿式化学清洗；
[0016]所述Ν型锑化镓片的选取步骤包括，Ν型锑化镓片为含有碲的Ν型锑化镓片，所述Ν型锑化镓片的电阻率为0.0085 Ω-cm、禁带宽度为0.72eV、晶向为[100];
[0017]所述采用湿式化学清洗的步骤包括，将N型锑化镓片先后置入HPM溶液、DHF溶液中清洗；所述在HPM溶液中清洗温度为温度70-90 °C，在DHF溶液中清洗温度为25-30 °C，其中 HPM 溶液配比为 HC1:H202:H20 = 1:1:5, DHF 溶液配比为 HF:H20 = 1:95。
[0018]上述的制备方法，其中，所述N型锑化镓片的表面碱制绒的步骤包括:
[0019]将Ν型锑化镓片预清洗；
[0020]在Ν型锑化镓片的表面制绒；
[0021]所述将Ν型锑化镓片预清洗的步骤包括，将Ν型锑化镓片置入氢氧化钠和清洗剂混合的溶液中，在60-70°C的温度条件下，超声波震荡5min ;
[0022]所述在N型锑化镓片的表面制绒的步骤包括，将经过预清洗的N型锑化镓片置入NaOH, Na2Si04^P IPA的混合溶液中，在80-90°C的温度条件下，反应25_30min，其中NaOH、Na2Si04^P IPA 的混合溶液的配比为 NaOH:Na 2Si04:1PA = 1:1-2:1-2。
[0023]上述的制备方法，其中，所述采用锌扩散法制备P+层的步骤包括:将N型锑化镓片和固态锌源放置于石墨盒中并通入氮气200-300ml/min，在530-580°C的扩散温度下，扩散60-90min ;将扩散后的N型锑化镓片用5-10%盐酸清洗2_3min。
[0024]上述的制备方法，其中，将N型锑化镓片和固态锌源放置于石墨盒中并通入氮气200ml/min、扩散温度为550°C，扩散时间70min，将扩散后的N型锑化镓片用5%盐酸清洗3min0
[0025]上述的制备方法，其中，所述折射率层的建立的步骤包括:所述折射率层包括氧化硅折射率层和氮化硅折射率层，其中；
[0026]采用UV紫外线辐射法沉积氧化硅折射率层；
[0027]采用复合薄膜技术法沉积氮化硅折射率层；
[0028]所述采用UV紫外线辐射法沉积氧化硅折射率层的步骤包括，在短波长的UV紫外线辐射的条件下，在反应腔中通入氧气与氮气，其中，反应温度为50_60°C，氧气流量为15-25L/min，氮气流量为 10_20L/min，沉积时间 8_12s。
[0029]上述的制备方法，其中，所述采用复合薄膜技术法沉积氮化硅折射率层的步骤包括，所述氮化硅折射率层包括第一层氮化硅Si3N4薄膜和第二层氮化硅Si 3N4薄膜，在温度为400-450 °C压强1600-2000毫托、等离子功率6000-7000Watt的反应腔中，通入NH3
3.5-4.5slm和SiH4 900-1 lOOsccm，反应时间为200_230s，形成所述第一层氮化硅Si3N4薄膜；将流量调整为NH34.5-6.5slm、SiH4 500-800sccm，反应时间390_410s，形成所述第二层氮化娃Si3N4薄膜。
[0030]上述的制备方法，其中，所述电极层建立的步骤包括，在折射率层的上侧丝网印刷Ag电极，其中主栅数量为3-5根，细栅数量为100-120根。
[0031]上述的制备方法，其中，所述高效热光伏电池制备方法还包括，在所述N型锑化镓片下侧建立A1电场层和背面Ag电极。
[0032]上述的制备方法，其中，所述高效热光伏电池制备方法还包括，将所述的N型锑化镓片、P+层、折射率层、电极层进行高温烧结。
[0033]本发明提供了一种高效热光伏电池制备方法，包括以下步骤:N型锑化镓片的清洗；N型锑化镓片的表面碱制绒；采用锌扩散法制备P+层；折射率层的建立；电极层的建立，本发明制备的高效热光伏电池，采用不同于现有的光伏电池制备方法，相较于传统太阳能电池，具有制作简单、光电转换率高等特点，整体上电池层数少、电池结构简单，降低了电池的制作成本。
【附图说明】
[0034]通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明及其特征、夕卜形和优点将会变得更明显。在全部附图中相同的标记指示相同的部分。并未刻意按照比例绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。
[0035]图1为本发明提供的一种高效热光伏电池制备方法的示意图。
【具体实施方式】
[0036]在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
[0037]为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的步骤以及详细的结构，以便阐释本发明的技术方案。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。
[0038]参照图1所示，本发明提供了一种高效热光伏电池制备方法，包括以下步骤:
[0039]步骤SI:N型锑化镓片的清洗，其中步骤S1包括；步骤Sla:N型锑化镓片的选取，N型锑化镓片的选取步骤包括，N型锑化镓片为含有碲的N型锑化镓片，所述N型锑化镓片的电阻率为0.0085 Ω-cm、禁带宽度为0.72eV、晶向为[100];步骤Slb，采用湿式化学清洗，其中，采用湿式化学清洗的步骤包括，将N型锑化镓片先后置入