含有一种以上稀土金属合金为光电转换载体的光电池的制作方法

本发明属于环保新能源技术领域，涉及一种具有稀土合金光电转换载体新型结构的光伏电池.

背景技术：

太阳能光伏电池(简称光伏电池)是指通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置，其工作原理是利用光电材料吸收光能后发生光电转换反应.目前地面上的以光电效应工作的太阳能电池，多使用的是以单晶硅、多晶硅与非晶硅等基底为主的硅太阳能电池.其中：即使具有最好光电转换效率的单晶硅电池，由于硅材料与其电池结构的限制，在掺杂后的效率多不超过20％，同时硅电池具有造价高、稳定性差、寿命短与欠环保等不足.对于后崛起的以光化学效应原理工作的太阳能电池，对太阳光吸收量少，光电转换效率一般不超过30％，由于其结构设计有限，仍然还存在制备过程复杂，受环境影响大，稳定性不高，环保性差等缺点.值得关注的是，材料资源的种类有限，而器件结构的类型无限，如何结合有限的材料资源，设计与改善光伏器件的结构，是提高太阳能电池光转换效率的关键途径.

传统光子理论认为光是光子，光电效应是光子打击电子形成电流.不同的是，在理论上，我们通过“李氏台格律”再一次证实了光作为波动过程被应用到光电池中；同时我们在“台格律”所揭示光是波动过程及电子有确定轨道(电子所在轨道运动频率与其吸收光谱频率相对应)的物理新认识基础上，认为光电转换是光波照射到光电器件上时被器件上的载体(吸收层)产生共振吸收，同时在器件的二极管功能作用下被整流成直流电能.器件上的载体不同(如掺磷、掺硼或铜铟镓硒电池)能产生共振吸收的光能波长不同.硅光电池的转换效率长期停留在一定的瓶颈上，就是吸收层的载体太单一，其对光源能产生共振吸收的波长也就有限.要提高太阳电池的光电转换效率，就必须根据对光能波长吸收需要配备材料.我们所以把稀土金属作为光电池光电转换的主要载体，是因为对可见光能产生共振吸收的、有较多可见光波长对应轨道的材料都在稀土金属.

对于光电池工艺结构，由于传统理论对光的本性及电子所在轨道的不同理解，由此而对电池结构也有不同解释。首先，根据光电转换的新认识，简述一下光电池工艺结构：电池的所谓pn结，是两种材料阻值逆变的节点(或界面)，也就是它的二极管功能，对电磁波有整流作用.交流电通过它可转变为直流电.光电池则由吸收层的载体吸收光波后通过器件的二极管功能转换为直流电能。所以要广谱利用太阳能，就要根据光波吸收需要配备材料，做成吸收层.光电池的光电器件是由吸收层和整流层组成.根据《原子光谱与李氏台格律》中对光波分为基频和拍频以及电子所在轨道运动频率与其吸收光谱频率相对应的发现，认为光是波动过程，光电转换是作为电磁波的各色光，通过器件载体材料轨道电子的共振吸收，产生电压.

相比较已有生产线进行生产的光电池，本发明的光电池只需在原生产工艺的光电池p-n结层面上增加一道接收光能转为电能的有效“光电转换载体”工艺，即添加一层由有一种以上色金属和稀有金属制成的稀土合金.该光电池具有结构简单、新颖，加工方便与制作成本低与环保等优点。只因增加的一层稀土金属合金，可使光电池充分利用太阳光从紫外线、可见光至红外线等宽广波段的能量，进而在关键技术上大大提高了太阳能光电池光电转换效率.据计算，只要结构完善，光电池单面光电转换效率可达90％以上；同时，在实际的定性测试应用中，只要结构完善，所有光电池的光电效率都轻松达到30％以上.

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供含有一种以上稀土金属合金为光电转换载体的光电池，其结构简单、新颖，加工方便，制作成本低，可以有效拓宽光电池对太阳能电池的吸波范围，大大提高太阳能光电池光电转换效率.

本发明的目的在于提供一种能够把太阳光不同波段能量有效转变为电能，从而大大提高太阳能光电池光电转换效率的关键技术。

含有一种以上稀土金属合金为光电转换载体的光电池，该具有光电转换载体的光电池的结构由基片、p-n结、稀土合金光电转换载体、晶体介电层和电极等四部分组成.

进一步，所述的具有光电转换载体的光电池，其稀土合金光电转换载体在电池p-n结层面的上面.

进一步，所述的具有光电转换载体的光电池是在常规光电池界面上增加了由一种以上稀土合金作为光电转换的载体.

进一步，所述的具有光电转换载体的光电池，其光电转换载体层的稀土合金由有一种以上色金属和稀有金属制成.

进一步，所述的具有光电转换载体的光电池，其稀土合金光电转换载体的晶体介电层为单晶或多晶薄膜.

进一步，所述的具有光电转换载体的光电池，其结构是在常规光电池界面上增加的由一种以上稀土合金作为光电转换载体的层面，是根据本人发现的光谱规律《原子光谱与李氏台格律》中关于电子所在轨道运动频率与其吸收光谱频率相对应的新结论.

进一步，所述的具有光电转换载体的光电池，所根据的关于电子所在轨道与其吸收光谱相对应的新结论，是通过光谱响应需要，配备有一种以上稀土合金对应共振吸收材料，从而达到最大限度利用太阳光，各把光电转换效率提到极限.

进一步，所述的具有光电转换载体的光电池，其原理是最大限度利用的太阳光包括种紫外线、可见光和红外光等更宽广波段的太阳光.

进一步，所述的具有光电转换载体的光电池，其极限光电转换效率，是通过理论计算，完善结构后，其单面光电转换效率可高达90％以上；在实际的定性测试应用中，只要结构完善，所有光电池的光电效率都轻松达到30％以上.

本发明的有益效果在于：本发明提供的含有一种以上稀土金属合金为光电转换载体的光电池，其结构新颖简单，操作简便，制作成本低，可以很大程度地拓宽光电池对太阳光的稀薄范围，进而大大提高光电池的光电转换效率.理论计算，对于完善的结构，其单面光电转换效率可高达90％以上；在实际的定性测试应用中，只要结构完善，所有光电池的光电效率都轻松达到30％以上。同时，该光电池结构简单，只需在常规光电池界面上增加由一种以上稀土合金作为光电转换的载体而直接得到。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1为传统光电池结构。其中，1为基片(可以是单晶硅、结晶硅、非晶硅、薄膜等)；2为p-n(n-p)结；3为引出电极，即金属网栅电极(或透明导电材料)；4为镀银电极(或导电材料)；5为抗反射膜.

图2为本发明的电池结构。其中1为基片(可以是单晶硅、结晶硅、非晶硅、薄膜等)；2为p-n(n-p)结；3为含有一种以上稀土金属合金的光电转换载体；4为晶体介电层；5为引出电极，即金属网栅电极(或透明导电材料)；6为镀银电极(或透明导电材料)；7为抗反射膜7.

具体实施方式

定性测试案例

为了定性说明光电转换效率与器件载体有关，我们在成品硅光电池上按吸收光能需要增加载体测试其结果.

材料：多晶硅光电池。该电池的光电转换载体为磷.按新原子结构理论和李映华发现的《氢光谱台格律》表明的光是波动过程的绝对判断，指出光电转换不是“光子”打击电子形成电流，光电转换是光电器件上的载体与光波的共振吸收共振发射过程.要提高太阳能光电转换效率，光电器件必需根据光谱吸收需要配备材料.不同材料的电子轨道运动频率不同，能吸收光能波长并转换为电能的贡献不同.常规硅光电池只掺入磷为光电转换载体，载体太单一，能吸收光的波长也就有限，效率也就无法提高。为了证明光电池效率与载体有关.我们在硅光电池表面增加与某一特定波长对应载体，测试其参数变化。结果说明：增加载体效率明显增加，高效电池原理是正确的、工艺是可行的.只要设备完善，转换效率30％以上产品很快可以生产出来.

定性测试方法如下：

把125mm硅光电池分成两部分.一部分原样不变，另一部分镀上一定膜厚对应特定波长载体材料，要做成串联电池，形成串联电路.然后测试其变化.下面是在硅光电池上增加载体x前后对比：

测试是用100瓦相对光源，距离50公分相对光强测得结果.测试结果是，增加载体部分比未增加载体部分开路电压和短路电流都明显增加，定性说明，增加光电转换载体，可以有效提高太阳能光电转换效率.

高效定定性记录

说明：(1)各组数据不同是因所镀载体工艺及退火温度差别形成.

(2)上述数据表明，相同面积硅光电池片上添加光电转换载体后，开路电压和短路电流都增加了.

具体实施案例

实施例1：掺磷硅光电池所增加光电转换载体做成串联电池结构.

以掺杂磷的非晶硅为基片；在非晶硅上沉积nd(d＝50nm)+ho(d＝50nm)+cis(d＝100nm)作为载体吸收层；与1μm厚的cds作为缓冲层；光电转换层上沉积厚50nm的zno作为介电层；200nm厚的zao做网栅并引出银电极；120nm厚mgf2为抗反射膜；最后在背面刷银浆作为背电极，然后背电极与网栅的银电极通过外电路连接起来，形成载体与非晶硅的串联的光电池结构.记录结果如表1中的01号样品.

实施例2：硅光电池外光电效应的并联电路结构电池

以掺杂磷的非晶硅为基片；在非晶硅上沉积nd(d＝50nm)+sm(d＝50nm)+cis(d＝100nm)作为载体吸收层与1μm厚的cds作为缓冲层；上面50nm的zno作为介电层；200nm厚的zao做网栅并引出银电极；120nm厚mgf2为抗反射膜；最后在背面刷银浆作为背电极，不同的是在非晶硅与载体吸收层引出电极，该电极与背电极和网栅铝电极通过外电路并联，形成载体与非晶硅并联电池结构。记录结果如表1中的02号样品.

实施例3：高效硅光电池与高效x+y铜铟硒电池的载体串联电池

以掺杂磷的多晶硅为基片；ito导电玻璃做背电极；在硅基片上依次沉积1-2um厚的x+y+cu+in+s(其中，x+y为根据光谱吸收需要配备的合金吸收层)与100nm厚的cds作为串联光电转换层；然后再沉积50nm的zno做介电晶体层；200nm厚的zao做网栅电极并引出铝电极；100nm厚mgf2为抗反射膜，通过外电路连接背电极与网栅铝电极，形成多晶硅与载体的并联电池.记录结果如表1中的03号样品。