專利名稱：一種新型太陽能電池熒光增效薄膜材料的制備的制作方法
一種新型太陽能電池熒光增效薄膜材料的制備
技術領域：
本發(fā)明屬于光學材料技術領域，具體為一種新型太陽能電池熒光增效薄膜材料的制備。
技術背景太陽能光伏發(fā)電技術是人類解決能源危機的有效途徑之一。美國政府提出“百萬太陽能屋頂計劃"、日本政府制定"新陽光計劃"、歐盟國家的可再生能源白皮書及"起飛運動"和我國《可再生能源法》的制定和頒布等使太陽能光伏產業(yè)成為全球發(fā)展最快的新興行業(yè)之一。太陽能電池大致上可分為堆積型和薄膜型兩種，薄膜型太陽能電池以其廉價、高效和性能穩(wěn)定并在大面積電池的研制和規(guī)?；a中顯現出其它電池無法比擬的優(yōu)勢，其中Cu(In，6&)5^(簡稱(165)化合物太陽能電池的光電轉換效率位于各類薄膜太陽電池之首，達到19.9%。CIGS薄膜電池的研究內容始終是如何提高其光電轉換效率，但是CIGS薄膜電池材料的禁帶寬度決定了該類材料只能有效利用長波區(qū)520nm-1100nm的太陽光，而短波區(qū)的太陽光由于得不到有效的光電轉換而被浪費。如果能夠將短波區(qū)的太陽光通過熒光轉換材料轉換成CIGS薄膜電池能夠吸收的長波長光，那么該類器件光電轉化的量子效率將會大幅度提高。這類具有熒光轉換效能并能提高CIGS薄膜太陽能電池光電轉換量子效率的材料稱之為熒光增效材料。該熒光增效材料必須具備1)在CIGS薄膜電池有著高光電轉換效率的長波區(qū)有較小吸收；2)能夠在太陽光的輻照下將短波區(qū)的太陽光有效轉換為長波區(qū)熒光。

發(fā)明內容本發(fā)明的目的是針對上述技術分析，提供一種新型太陽能電池熒光增效薄膜材料的制備，利用該材料制得的熒光增效層不僅在CIGS太陽能電池的長波區(qū)基本沒有光吸收， 還能有效的將CIGS太陽能電池不能利用的短波區(qū)太陽光轉換為長波區(qū)熒光，提高了 CIGS 太陽能電池的光電量子轉換效率。本發(fā)明的技術方案一種新型太陽能電池熒光增效薄膜材料的制備，步驟如下1)通過高溫固相熔融法制備摻稀土納米晶前軀體，即將Si02、A1203、PbF2, CdF2 和稀土離子氧化物按照化學計量比混合均勻，充分研磨后在1000°c溫度條件下灼燒2 小時，然后將熔融的玻璃液迅速傾倒在鐵盤上快速冷卻，后制得摻稀土納米晶前軀體 xSi02-yAl203-zPbF2- (50_z) CdF2 aRe ；2)通過熱誘導法在上述前軀體中構造ZPbF2-(50-z) CdF2: aRe納米微晶，即將摻稀土納米晶前軀體在核化溫度480-500°C下熱處理5-8小時，然后冷卻至室溫；3)通過酸腐蝕法去除氧化物基質，即將上述ZPbF2-(50-z) CdF2: aRe納米微晶充分研磨后加入濃度為lOmol/L的氫氟酸腐蝕12. 0小時，去除納米微晶周圍的氧化物基質，然后滴加堿液調節(jié)混合液PH值至6 7，然后加入表面活性劑十二烷基苯磺酸鈉和聚苯乙烯或氯仿，制得摻稀土納米微晶溶膠；4)通過高速甩膜法獲得具有波長轉換效能的熒光增效層薄膜，即在> 2000r/min 的轉速下甩膜獲得熒光增效層薄膜材料。所述xSi02-yAl203-zPbF2-(50-z)CdF2:aRe 和 ZPbF2-(50_z) CdF2 aRe 結構式中，Re 為稀土離子鑭、鐠、釹、銪、鋱、鈥、鉺、銩和鐿的氧化物中的一種或兩種以上任意組合；a為所述稀土離子的摻入摩爾百分比，a的取值范圍為0 < a彡5% ；x、y、ζ為化學表達式中各組分的摩爾比，x、y、z的取值范圍為15彡χ彡50,0 ^ y ^ 50,0彡ζ彡50。所述ZPbF2-(50-z)CdF2:aRe納米微晶與氫氟酸的用量比為0. Ig 10mL。所述堿液為濃度為lmol/L的NaOH水溶液或濃度為0. 5mol/L的氨水溶液。所述ZPbF2-(50-z)CdF2:aRe納米微晶、十二烷基苯磺酸鈉、聚苯乙烯或氯仿用量比為 0. Ig 0. 1-0. 3g 200mL。本發(fā)明的優(yōu)點是該熒光增效層薄膜材料的制備方法簡單，易于實施；將該該薄膜材料應用于CIGS太陽能電池時，利用該材料制得的熒光增效層不僅在CIGS太陽能電池的長波區(qū)基本沒有光吸收，還能有效的將CIGS太陽能電池不能利用的短波區(qū)太陽光轉換為長波區(qū)熒光，可大大提高CIGS太陽能電池的光電量子轉換效率。

附圖是該新型熒光增效薄膜材料的波長轉換光譜。
具體實施方式
實施例1:1)依照化學表達式30Si02-15Al203-10PbF2-40CdF2:5Er203各組分的摩爾比準確稱量各個組分，充分研磨后在1000°c下灼燒2小時，然后將熔融的玻璃液迅速傾倒在鐵盤上快速冷卻，得到透明的氟氧化物玻璃前驅體；2)將前驅體玻璃材料在480°C下熱誘導8小時構造10PbF2_40CdF2:5Er203納米微晶，然后冷卻至室溫；3)取0. 1克具有10PbF2-40CdF2:5Er203納米微晶結構的前軀體玻璃充分研磨，加入IOmL濃度為lOmol/L的氫氟酸腐蝕12. 0小時，去除納米微晶周圍的氧化物基質，滴加濃度為lmol/L的NaOH溶液調節(jié)混合液pH值至6_7，同時加表面活性劑十二烷基苯磺酸鈉 0. Ig,并加入聚苯乙烯200mL獲得摻稀土氟化物納米晶溶膠；4)在3500r/min的轉速下利用甩膜的方式獲得熒光增效層薄膜材料。附圖為新型熒光增效薄膜材料的波長轉換光譜，圖中顯示該熒光增效層薄膜材料能夠有效地將短波區(qū)408nm和378nm的光轉換為長波區(qū)的552nm、652nm和663nm的熒光， 而CIGS太陽能電池在長波區(qū)光電轉換效率較高，從而充分利用了太陽光的各個波段。實施例2 1)依照化學表達式30Si02-15Al203-10PbF2-40CdF2:5Tm203各組分的摩爾比準確稱量各個組分，充分研磨后在1000°c下灼燒2小時，然后將熔融的玻璃液迅速傾倒在鐵盤上快速冷卻，得到透明的氟氧化物玻璃前驅體；
2)將前驅體玻璃材料在500°C下熱誘導5小時構造10PbF2_40CdF2:5Er203納米微晶，然后冷卻至室溫；3)取0. 1克具有10PbF2_40CdF2:5Er203納米微晶結構的前軀體玻璃充分研磨，加入IOmL濃度為lOmol/L的氫氟酸腐蝕12. 0小時，去除納米微晶周圍的氧化物基質，滴加濃度為0. 5mol/L的氨水溶液調節(jié)混合液pH值至6_7，同時加表面活性劑十二烷基苯磺酸鈉 0. Ig,并加入氯仿200mL獲得摻稀土氟化物納米晶溶膠；4)在3500r/min的轉速下利用甩膜的方式獲得熒光增效層薄膜材料。實施例2樣品表征結果與實施例1類似。實施例3 1)依照化學表達式30Si02-15Al203-10PbF2-40CdF2: 5Ho203各組分的摩爾比準確稱量各個組分，充分研磨后在1000°c下灼燒2小時，然后將熔融的玻璃液迅速傾倒在鐵盤上快速冷卻，得到透明的氟氧化物玻璃前驅體；2)將前驅體玻璃材料在500°C下熱誘導5小時構造10PbF2-40CdF2:5Er203納米微晶，然后冷卻至室溫；3)取0. 1克具有10PbF2_40CdF2:5Er203納米微晶結構的前軀體玻璃充分研磨，加入IOmL濃度為lOmol/L的氫氟酸腐蝕12. 0小時，去除納米微晶周圍的氧化物基質，滴加濃度為0. 5mol/L的氨水溶液調節(jié)混合液pH值至6_7，同時加表面活性劑十二烷基苯磺酸鈉 0. 3g，并加入氯仿200mL獲得摻稀土氟化物納米晶溶膠；4)通過3500r/min的速度利用甩膜的方式獲得熒光增效層薄膜材料。實施例3的樣品表征結果與實施例1類似。
權利要求
1.一種新型太陽能電池熒光增效薄膜材料的制備，其特征在于步驟如下1)通過高溫固相熔融法制備摻稀土納米晶前軀體，即將SiO2,A1A、PbF2, CdF2和稀土離子氧化物按照化學計量比混合均勻，充分研磨后在IOOiTC溫度條件下灼燒2小時，然后將熔融的玻璃液迅速傾倒在鐵盤上快速冷卻，后制得摻稀土納米晶前軀體 xSi02-yAl203-zPbF2- (50_z) CdF2 aRe ；2)通過熱誘導法在上述前軀體中構造ZPbF2-(50-z)CdF2:aRe納米微晶，即將摻稀土納米晶前軀體在核化溫度480-500°C下熱處理5-8小時，然后冷卻至室溫；3)通過酸腐蝕法去除氧化物基質，即將上述ZPbF2-(50-z)CdF2:aRe納米微晶充分研磨后加入濃度為lOmol/L的氫氟酸腐蝕12. 0小時，去除納米微晶周圍的氧化物基質，然后滴加堿液調節(jié)混合液PH值至6 7，然后加入表面活性劑十二烷基苯磺酸鈉和聚苯乙烯或氯仿，制得摻稀土納米微晶溶膠；4)通過高速甩膜法獲得具有波長轉換效能的熒光增效層薄膜，即在>2000r/min的轉速下甩膜獲得熒光增效層薄膜材料。
2.根據權利要求1所述新型太陽能電池熒光增效薄膜材料的制備，其特征在于所述 xSi02-yAl203-zPbF2- (50-z) CdF2 aRe 和 ZPbF2- (50-z) CdF2 aRe 結構式中，Re 為稀土離子鑭、 鐠、釹、銪、鋱、鈥、鉺、銩和鐿的氧化物中的一種或兩種以上任意組合；a為所述稀土離子的摻入摩爾百分比，a的取值范圍為0 < a彡5% ;x、y、ζ為化學表達式中各組分的摩爾比， x、y、z的取值范圍為15彡χ彡50、0 ^ y ^ 50、0彡ζ彡50。
3.根據權利要求1所述新型太陽能電池熒光增效薄膜材料的制備，其特征在于所述 ZPbF2-(50-z)CdF2:aRe納米微晶與氫氟酸的用量比為0. Ig =IOmL0
4.根據權利要求1所述新型太陽能電池熒光增效薄膜材料的制備，其特征在于所述堿液為濃度為lmol/L的NaOH水溶液或濃度為0. 5mol/L的氨水溶液。
5.根據權利要求1所述新型太陽能電池熒光增效薄膜材料的制備，其特征在于所述ZPbF2-(50-z)CdF2:aRe納米微晶、十二烷基苯磺酸鈉、聚苯乙烯或氯仿用量比為0. Ig 0. 1-0. 3g :200mL。
全文摘要
一種新型太陽能電池熒光增效薄膜材料的制備，首先以SiO2、Al2O3、PbF2、CdF2和稀土離子氧化物為基質材料通過高溫固相熔融法制備玻璃前軀體，再采用熱誘導腐蝕法制備高摻稀土的氟化物納米晶，即在玻璃前驅體中可控生長氟化物納米晶發(fā)光顆粒，然后利用氫氟酸腐蝕掉具有摻稀土的納米晶周圍的氧化物基質并釋放出氟化物納米晶。本發(fā)明的優(yōu)點是制備方法簡單，易于實施；利用該材料制得的熒光增效層不僅在CIGS太陽能電池的長波區(qū)基本沒有光吸收，還能有效的將CIGS太陽能電池不能利用的短波區(qū)太陽光轉換為長波區(qū)熒光，提高了CIGS太陽能電池的光電量子轉換效率。
文檔編號C09K11/87GK102254986SQ20111013176
公開日2011年11月23日 申請日期2011年5月20日 優(yōu)先權日2011年5月20日
發(fā)明者余華, 胡男, 趙麗娟 申請人:南開大學