专利名称：：太阳能电池的制作方法
技术领域：
：本发明涉及能源
技术领域：
，更具体地，本发明涉及一种能够提高太阳能发电效率的晶体硅太阳能电池。
背景技术：
：当电力、煤炭、石油等不可再生能源频频告急，能源问题日益成为制约国际社会经济发展的瓶颈时，越来越多的国家开始实行"阳光计划"，开发太阳能资源，寻求经济发展的新动力。欧洲一些高水准的核研究机构也开始转向可再生能源。在国际光伏市场巨大潜力的推动下，各国的太阳能电池制造业争相投入巨资，扩大生产，以争一席之地。目前，太阳能硅电池具有三个不同的发展方向，发展最为成熟的是单晶硅太阳能电池。首件太阳能硅电池专利产生于1946年(请参照美国专利2，402，662号)，其中描述了有关单晶硅片的使用以及位于其表面的P-N接面的发光转换技术。根据许多计算原理(请分别参照K.Chopra，薄膜太阳能电池，世界出版社(1986)，及R.HBluephotoconductivityofsolidJ.W.JneNewYork(1967))，可得知光伏电池的主要参数以及它们之间的关系。分析太阳能电池的参数以及其他能源的参数，其重要的效率参数确定为^=Pmax/EXA。。其中Pmax为太阳能电池的最大输出功率；E为太阳能功率的激发密度(即每单位面积每单位波长的光照功率)；A。为太阳能电池的表面积。当地面温度条件为T=25t:时，其开路电压值Voc约为0.60V，功率密度E为1000W/m2，单晶硅的效率极限值为24%25%。已知决定太阳能电池的效能有三个重要参数开路电压Voc、短路电流Isc以及填充系数FF。太阳能电池的填充系数与其他参数的关系如下式FF=PX/V。CXIsc=;XACXE/V。CXIsc。由此可知，要提高太阳能电池的效率，则要同时增加其开路电压Voc、短路电流Isc(即光电流)，和填充系数FF(即减少串联电阻与漏电流)。在现阶段，仅单晶硅的效能接近理论上的效率极值(极值为21.522%)。与单晶硅太阳能电池的效率极值接近的成份有多晶硅(多晶Si)以及称为a-Si的非结晶硅。由于多晶硅中的可移动电流载体、薄膜及使用的硅成份远远低于单晶硅(其有效量组分的单晶硅成份为1012%，在a-Si片上不超过6%)，因而，如何生产出高效能、更低成本的多晶硅电池是业内尚未能解决的重大问题。换言之，解决多晶硅太阳能电池中的效能低的问题是目前相关领域的业者所期待的。在已发表文献(请参照C.Strupfel等，Siliconsolarcellefficiency,SolarenergymaterialsandsolarcellsV91，p238_249(2007))中指出在太阳能硅电池中能量损失的三种原因首先，是能量差的损失，单晶硅P-N接面中电子-空穴位能差为Eg二1.12eV，而相同能量的波长为A=1100nm。太阳能最大的辐射光谱为A二470nm，其能量超过2个Eg，其超过的一部份能量就会损失掉，所以不同能量的差异是能量损失的主要原因，文献(请参照H.J.Hovel等，SolarEnergyMaterialsV2，p19(1979))中也提出该问题，即最大的太阳能辐射光谱值(A=470nm)与硅电池光谱灵敏度最大值(A=940nm)并不相匹配。第二，是反射光的损失，已知入射到太阳能电池上的阳光会有约30%的反射损失，这对太阳能电池而言是相当严重的。为确保多晶硅太阳能电池表面吸收更多的太阳能辐射，在表面形成一层氮化硅(SiN或Si^》或氧化钛(Ti0)以形成抗反射层从而减少入射光的反射，但在实际情况中还是无法完全排除反射光的损失。第三，是能量小于Eg的太阳红外线辐射，太阳能电池不吸收，反而对太阳能电池加热。由于被吸收的光通过多晶硅片的P-N接面产生电子-空穴对；而部分太阳光辐射(主要是太阳光辐射中A>1.1微米的红外线部分，占整体太阳光辐射能量的25-28%)不被硅片中的P-N接面吸收，无法产生电子_空穴对而形成电流，而直接对硅片加热，更造成硅片中的P-N接面吸收效率的下降，进而导致太阳能电池整体效能下降。虽然导致太阳能电池整体效能不高的根本原因众所周知，但至今没有明确的解决方法，因此现实中太阳能电池效率与理论上的极值不相符。为改善上述问题，在2007年11月22日公布的N.Soshchin的美国专利申请2007/0267058以及2008年10月2日公布的N.Soshchin等人的美国专利申请2008/0236667中提出了在晶体硅中应用光转换器的技术，用以将可见光波段转移至太阳能电池的光谱灵敏波段，该光谱转换器被做成很薄的聚合层的形式，层内填充无机发光粉超分散颗粒(该无机发光粉的平均直径为0.50.8微米)。然而，由此带来的问题是当聚合度最小及分子质量最小时，制得的聚合薄膜硬度过大，导致该聚合薄膜的可塑性差；另一方面，增大聚合度会使聚合物的透光性降低而导致太阳能电池的有效率降低。再者，上述的专利申请采用了熟知的层压操作法形成该光谱转换器，即在19(TC的高温下挤压制成聚乙烯材料的光谱转换器，使得该光转换器形成很大的压力。最后，上述文献及专利申请所涉及的技术均未对增加太阳能电池的开路电压Voc及短路电流Isc提出有效的解决方案，因而致使其太阳能电池的发电效率依然很低。因此，如何设计一种太阳能电池以避免上述的种种缺陷是相关领域的业者目前亟待解决的课题。
发明内容为解决上述现有技术的缺点，本发明的主要目的是提供一种太阳能电池，以提升太阳能电池的参数Voc、Isc、4及FF，进而解决现有技术中太阳能电池的发电效率低的问题。为了达到上述目的，本发明的太阳能电池包括基板、形成于该基板表面的P-N接面、电极系统以及光转换器，其特征在于所述光转换器选自(A)由有机聚合物材料和无机荧光粉组成，(B)由有机聚合物材料和纳米碳管组成，或者(C)由有机聚合物材料、无机荧光粉和纳米碳管组成，以降低电阻而提高开路电压。在本发明的太阳能电池的一个具体实施方案中，所述基板为多晶硅薄板。在本发明的太阳能电池的一个具体实施方案中，所述基板为厚度为120260微米的多晶硅薄板，且该多晶硅薄板的电阻变化范围为530%。在本发明的太阳能电池的一个具体实施方案中，所述光转换器的厚度为20200微米。在本发明的太阳能电池的一个具体实施方案中，所述光转换器的折射系数为n=1.351.70。在本发明的太阳能电池的一个具体实施方案中，所述光转换器的无机荧光粉与所述有机聚合物材料之间的重量比为0.05%10%。在本发明的太阳能电池的一个具体实施方案中，所述光转换器的纳米碳管的重量百分比以光转换器重量计为0.01%0.5%。在本发明的太阳能电池的一个具体实施方案中，所述光转换器的所述纳米碳管与无机荧光粉的重量比为1%10%。在本发明的太阳能电池的一个具体实施方案中，所述有机聚合物材料选自环氧树脂、有机硅材料或其混合物，或者为重量比为1:l的环氧树脂及聚酰胺。在本发明的太阳能电池的一个具体实施方案中，所述无机荧光粉利用化学式为(LnO)nA的稀土元素氧化物制成，其中Ln为Y+3、La+3、Gd+3或Lu+3或其组合，且当n=1时，A为卤素F—、Cl—、Br—或I—，当n=2时，A为硫属元素S—2或Se—2;所述无机荧光粉的激活剂成分为Yb+3、Er+3、Ho+3或Tm+3或其组合。可以使用本领域公知的方法制备本发明的无机荧光粉，如以引用方式并入本文的美国专利公开No.2008/0290319，SU1603763所描述。在本发明的太阳能电池的一个具体实施方案中，所述激活剂成分的重量占所述无机荧光粉的O.1%至40%。在本发明的太阳能电池的一个具体实施方案中，所述无机荧光粉对近红外光辐射吸收范围为8001200纳米。在本发明的太阳能电池的一个具体实施方案中，所述无机荧光粉的几何尺寸小于太阳光最大辐射波长，更特别地，该无机荧光粉的几何尺寸为6080纳米。在本发明的太阳能电池的一个具体实施方案中，所述纳米碳管采用原料为甲烷CH4或乙烷C2H6的气相合成法获得，并于该气相合成法中选用第VIII族元素中的Ni、Co或Fe薄板作为催化剂。特别地，所述纳米碳管的直径为1020纳米，其几何长度为100400纳米。在本发明的太阳能电池的一个具体实施方案中，该太阳能电池为多晶硅太阳能电池。如上所述，本发明的太阳能电池的光转换器选自(A)由有机聚合物材料和无机荧光粉组成，(B)由有机聚合物材料和纳米碳管组成，或者(C)由有机聚合物材料、无机荧光粉和纳米碳管组成，以降低电阻而提高开路电压，由此提升太阳能电池的参数Voc、Isc、4及FF，进而解决现有技术中太阳能电池的效能低的问题。图1为本发明的太阳能电池结构示意图。主要元件符号说明1太阳能电池11基板12P-N接面13电极系统14光转换器141有机聚合物材料142无机荧光粉143纳米碳管具体实施例方式以下通过特定的具体实施例说明本发明的具体实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明也可通过其他不同的具体实施例加以施行或应用，本说明书中的各细节也可基于不同观点与应用，在不背离本发明的精神下进行各种修饰与变更。请参阅图l，其显示本发明的太阳能电池的结构示意图，需要特别说明的是，由于本发明的光转换器的组成均为微观的细小颗粒，因而很难依照其实际形态呈现，故图1为简化的示意图式，仅以示意方式说明本发明的基本构想，因此图式中仅显示与本发明有关的元件而非按照实际实施时的元件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各元件的型态、数量及比例可为一种随意的变更，且其元件布局型态可能更为复杂。本发明提供一种太阳能电池l，其包括基板11、形成于该基板表面的P-N接面12、电极系统13以及光转换器14。在本发明的一个具体实施方案中，太阳能电池1的光转换器14由有机聚合物材料141、无机荧光粉142以及纳米碳管143组成，从而使得该光转换器14吸收近红外光区域的太阳辐射光谱，并降低电阻而提高开路电压。其中，所述基板、P-N接面及电极系统为一般太阳能电池中现有的结构，故在图式中不拟绘示。在本发明的一个具体实施方案中，所述基板11为厚度为120260微米的多晶硅薄板。需要特别指明的是，本发明并不仅仅局限于多晶硅，所述基板11也可为单晶硅薄板，但在本实施例中以该基板为多晶硅薄板为例进行说明，特此述明。在本发明的一个具体实施方案中，该太阳辐射光谱的最大辐射变换光谱在波长为500700纳米的中波波长区域中，该多晶硅薄板的电阻降低了530%，将该开路电压Voc提升至0.500.65V。下面重点介绍根据本发明的一个具体实施方案的太阳能电池1的光转换器14:在该具体实施方案中，太阳能电池1的光转换器14由有机聚合物材料141、无机荧光粉142以及纳米碳管143组成。具体地，在温度提升的情况下，通常采用热固化的聚合物物质并增添透光材料的透光性，在原始的液态聚合物的成份中引入所述无机荧光粉以及纳米碳管组份并充分的混合。所述有机聚合物141采用商标为"Hysol"的环氧树脂(Hysol0S4000，Henkel，USA)或商标为"Silicon"的有机硅材料(SiliconM150，Henkel，USA)或其混合物，或者为重量比为1:l的环氧树脂及聚酰胺。所述透明有机聚合物141的折射率为1.35<n《1.70。S卩，该光转换器14的折射率为大于1.35且小于或者等于1.70。在该具体实施方案中，所述光转换器14的厚度为20200微米；该光转换器14的无机荧光粉142与有机聚合物材料141之间的重量比为0.05%10%;该光转换器14的纳米碳管143的重量百分比以所述光转换器重量计为0.010.5%;该光转换器14的纳米碳管143与无机荧光粉142的重量比为1%10%。在本发明中，为了增加激发光的吸收以产生更多的电子-空穴对以及减少部分红外光辐射的吸收，在该光转换器14中引入了无机荧光粉142，具体地，该无机荧光粉142利用化学式为(LnO)nA的稀土元素氧化物制成，其中Ln为Y+3、La+3、Gd+3或Lu+3或其组合，且当n=1时，A为卤素F—、Cl—、Br—或I—，当n=2时，A为硫属元素S—2或Se—2;所述无机荧光粉的激活剂成份为Yb+3、Er+3、H0+3或Tm+3或其组合。在一个具体实施方案中，所述激活剂的重量为该无机荧光粉142的0.1%至40%。在具体实施方式中，该无机荧光粉142对近红外光辐射吸收范围为8001200纳米，该无机荧光粉142的几何尺寸小于太阳光最大辐射波长，更为具体地，该无机荧光粉142的几何尺寸为6080纳米。通过选择发光材料形成主要的光转换器14，从而产生物理现象。首先采用一个非常有效的发光材料_无机荧光粉，其分为两种类型，第一种无机荧光粉的化学式为LnOHal(即当n=1，A表示为Hal时)，其中Ln为La+3、Y+3、Gd+3或Lu+3或其组合，Hal为如F—、Cl—、Br—或I—的卤离子，其激活剂为Yb+3、Er+3、Ho+3或Tm+3或其组合。该无机荧光粉能够强烈吸收在光谱次能带(A=800940nm)范围内的红外线辐射。所述吸收通过Yb+3(2F7/2-3F5/2)、Er+3(4I15/2-4I13/2)以及Tm+3(3H6_3F4)实现，上述离子在波长入=8001000nm具有强烈的吸收。例如无机荧光粉142的组分LaOCl:Yb(10%)Er(l%)，其所有的吸收能量接近红外线次能带。第二种无机荧光粉的化学式为(LnO)2Chal(即当n=2，A表示为Chal时)，其中Ln为Y+3、La+3、Gd+3或Lu+3或其组合，Chal为S—2或Se—2，其激活剂为Yb+3、Er+3、Ho+3或Tm+3或其组合。该无机荧光粉强烈吸收红外线辐射的范围为A二8001000nm，然后在可见光区产生再次辐射。所述激活剂的重量为所述无机荧光粉142的0.1%至40%。伴随着红外线辐射的强烈吸收，反射参数减少。吸收能量的变换可出现两种情况1、吸收更长波长辐射A=1.560微米；2、利用反斯托克斯(Anti-Stoke)方法，同样增加了部分辐射光。因此上述两类无机荧光粉为反斯托克斯荧光粉，其通常吸收红外线辐射，并在红光区域(A=670nm，Er+3，4F9/2—4115/2)以及绿光区域(A=540nm，Er+3，4F7/2—4115/2)发光。若在荧光粉的组分中引入离子Tm+3，那么反斯托克斯辐射同样可以在蓝色可见光区域(A=470nm，1G4—3H6)发光。进一步注意到，具有波长A=1550nm的红外光可穿过硅片并对其加热，在多晶硅片上添加绿色以及蓝色辐射的反斯托克斯荧光粉可强烈地吸收此红外光，并产生电子_空穴对。将本发明所述的无机荧光粉142加入光转换器14中，该无机荧光粉的主要的氧化结构通过激发Yb+3、Er+3、Ho+3或Tm+3而在本质上增加了该太阳能电池1的效能参数。本发明中所述的无机荧光粉142的合成采用稀土元素氧化物为原料进行，在合成温度下与硫化物及卤化物发生聚合反应。由上述可知，所述光转换器14中无机荧光粉142的几何尺寸小于太阳光最大辐射波长，从而确保非常高的第一级辐射光穿过光转换器14。而且，为确保非常高的第一级辐射光穿过光转换器14，需使得无机物颗粒之间的间隔大于其颗粒尺寸的10倍以上。在所述光转换器14中，无机荧光粉142与有机聚合物材料141之间的重量比为0.05%10%，更具体地，在本发明中该重量比为约1%。因此，反射光在所述光转换器14中不超过1%，该数值表明该光转换器14的表层在波长A=4001000nm范围内反射光很少。在这种情况7下实现最大地增加开路电压Voc，填充系数FF以及效率(4)，其中开路电压Voc和填充系数FF均增加了1%10%。再者，本发明的太阳能电池涉及另一个重要的物理参数，即开路电压Voc。要增加其开路电压Voc，必定要降低太阳能电池的电阻，因而，在本发明的光转换器14中添加纳米碳管143(CNT)，以使其电阻减少15%45%。在本实施例中，该纳米碳管143采用原料为甲烷CH4或乙烷C2H6的气相合成法获得，具体地，以如Ni、Co、Fe等金属薄板为催化剂，采用专业的内部覆盖合成反应，取得的该纳米碳管143轻易地从催化基底脱离，并进行酸洗(HN03或4S0》，然后风干。更具体地，所述纳米碳管143的尺寸主要是非均匀的，也就是说直径小于长度。所述纳米碳管143的直径为1020纳米，其几何长度为100400纳米，其表面电阻率为P=710om/cn^，该纳米碳管143的电阻为约1100欧姆，并可将封闭在不同区域的多晶硅片结合在一起，以使低电阻存在于每一个独立的纳米碳管143纤维上，进而确保纳米碳管143纤维在电子及空穴之间起到分流及连接的作用。如此则改变了整体晶体硅组分的电阻以及所有的电极参数，即增加了短路电流Isc和开路电压Voc，从而提高综合效率，使该光转换器14整体的效能为1214.5%。在本发明中，纳米碳管143在该光转换器14中的重量百分比的最大区间为0.01%至0.5%，而实际上该纳米碳管143的重量百分比在该光转换器14中为0.01%时还不能改变电极参数，如开路电压Voc及短路电流Isc。但随着该纳米碳管143的重量百分比的增加，该太阳能电池1的开路电压Voc也随之增长。当该纳米碳管143的重量百分比为0.05%0.2%时，可以提升开路电压Voc的平均值由Voc=0.580.6V增到Voc=0.640.66V，短路电流Isc随之增加1.5%3%。在本发明的具体实施方式中，纳米碳管143在光转换器14中最佳的重量百分比为0.12%0.15%。总体来说，纳米碳管143与无机荧光粉之间的重量比为1%10%，所述的重量比使转换效率增加了1.21.5倍。所述光转换器使该太阳能电池整体的效能为9%14.5%，优选为12%14.5%，其有效填充系数FF>0.4，优选为FF>0.65，开路电压Voc上升至0.500.65V，优选为0.600.62V。请参见表1，表1为多晶硅太阳能电池参数表，其显示具有该光转换器14的太阳能电池和不具有该光转换器14的太阳能电池对比的各样品的电极参数。表1多晶硅太阳能电池参数表<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>需要特别说明的是，在具体的工业实施过程中，本发明的太阳能电池可以扩展为太阳能电池模块，该太阳能电池模块具有多个前述的多晶硅太阳能电池，具体地，例如该多晶硅太阳能电池的数量为72个。该多晶硅太阳能电池的成份中引入的电阻成份为100200欧姆，该成份在串、并联电路中，形成的总功率W为150瓦特至172瓦特时电压Voc为5V。该多晶硅太阳能电池模块包括两个部分，每一部分有36个多晶硅太阳能电池组成，每一部分的组成由4个太阳能电池组成9个系列，内部每成份组成了连接的顺序。在每个系列之间存在着平行的电路，对于集合坐落的模块，模块具有电阻100至200欧姆，进而以实现本发明的太阳能电池在工业上高度产业利用价值。综上所述，本发明的太阳能电池的光转换器由有机聚合物材料、无机荧光粉以及纳米碳管组成，以使该光转换器吸收近红外光区域的太阳辐射光谱，并降低电阻而提高开路电压，由此提升太阳能电池的参数Voc、Isc、4及FF，因此，确可改善现有多晶硅太阳能电池的缺点而具高度产业利用价值。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而其并非用以限定本发明，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，当可作少许的更动与润饰，因此本发明的保护范围以权利要求书所限定的为准。权利要求一种太阳能电池，其包括基板、形成于该基板表面的P-N接面、电极系统以及光转换器，其特征在于所述光转换器选自(A)由有机聚合物材料和无机荧光粉组成，(B)由有机聚合物材料和纳米碳管组成，或者(C)由有机聚合物材料、无机荧光粉和纳米碳管组成。2.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中所述基板为多晶硅薄板。3.根据权利要求2所述的太阳能电池，其中所述多晶硅薄板的厚度为120260微米，该多晶硅薄板的电阻变化范围为5%30%。4.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中所述光转换器的厚度为20200微米。5.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中所述光转换器的折射系数为n=1.351.70。6.根据权利要求l所述的太阳能电池，其中在光转换器(A)中无机荧光粉与有机聚合物材料之间的重量比为0.05%10%。7.根据权利要求l所述的太阳能电池，其中在光转换器(B)中纳米碳管的重量百分比以光转换器重量计为0.01%0.5%。8.根据权利要求l所述的太阳能电池，其中在光转换器(C)中无机荧光粉与有机聚合物材料之间的重量比为0.05%10%。9.根据权利要求1或8所述的太阳能电池，其中在光转换器(C)中纳米碳管与无机荧光粉之间的重量比为1%10%。10.根据权利要求1-9中任一项所述的太阳能电池，其中所述有机聚合物材料选自环氧树脂、有机硅材料或其混合物。11.根据权利要求1-9中任一项所述的太阳能电池，其中所述有机聚合物材料为重量比为1:1的环氧树脂及聚酰胺。12.根据权利要求l所述的太阳能电池，其中所述无机荧光粉利用化学式为(LnO)nA的稀土元素氧化物制成，其中Ln为Y+3、La+3、Gd+3或Lu+3或其组合，且当n=1时，A为卤素F—、Cl—、Br—或1—，当n=2时，A为硫属元素S—2或Se—2;所述无机荧光粉的激活剂成分为Yb+3、Er+3、Ho+3或Tm+3或其组合。13.根据权利要求12所述的太阳能电池，其中所述激活剂的重量占所述无机荧光粉的0.1%至40%。14.根据权利要求12所述的太阳能电池，其中所述无机荧光粉对近红外光辐射的吸收范围为8001200纳米。15.根据权利要求12所述的太阳能电池，其中所述无机荧光粉的几何尺寸小于太阳光最大辐射波长。16.根据权利要求15所述的太阳能电池，其中所述无机荧光粉的几何尺寸为6080纳米。17.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中所述纳米碳管采用原料为甲烷(^4或乙烷C2H6的气相合成法获得，并在该气相合成法中选用第VIII族元素中的Ni、Co或Fe薄板作为催化剂。18.根据权利要求17所述的太阳能电池，其中所述纳米碳管的直径为1020纳米，几何长度为100400纳米。19.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中所述太阳能电池为多晶硅太阳能电池。全文摘要本发明涉及一种太阳能电池，其包括一个基板、形成于该基板表面的一个P-N接面、一个电极系统以及一个光转换器，其中，所述光转换器选自(A)由有机聚合物材料和无机荧光粉组成，(B)由有机聚合物材料和纳米碳管组成，或者(C)由有机聚合物材料、无机荧光粉和纳米碳管组成，以降低电阻而提高开路电压，由此提升太阳能电池的参数Voc、Isc、ζ及FF，进而解决现有技术中太阳能电池的效能低的问题。文档编号H01L31/055GK101719526SQ20091025405公开日2010年6月2日申请日期2009年12月15日优先权日2009年12月15日发明者纳姆·索辛,罗维鸿申请人:罗维鸿