一種用于提高太陽能電池能效的光轉(zhuǎn)化材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光轉(zhuǎn)化材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于提高太陽能電池能效的光轉(zhuǎn)化材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]太陽能具有可再生、無污染等優(yōu)點，是一種極具競爭力的綠色新能源，硅基太陽能電池光伏發(fā)電技術(shù)被認(rèn)為是當(dāng)今最具發(fā)展前景的新能源技術(shù)。
[0003]硅基太陽能電池為業(yè)界常見的一種太陽能電池。硅基太陽能電池的原理是將高純度的半導(dǎo)體材料(娃)加入摻質(zhì)物使其呈現(xiàn)不同的性質(zhì)，以形成P型半導(dǎo)體及η型半導(dǎo)體，并將ρ-η兩型半導(dǎo)體相接合，如此即可形成ρ-η結(jié)面。當(dāng)太陽光照射到一個ρ-η結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體時，光子所提供的能量可能會把半導(dǎo)體中的電子激發(fā)出來產(chǎn)生電子-空穴對。光生空穴流向P區(qū)，光生電子流向η區(qū)，接通電路后就產(chǎn)生電流，即可構(gòu)成太陽能電池。
[0004]在低瑋度、高原地帶，295-400nm紫外線的能量占據(jù)光總能量4.7%以上。在長期高能紫外光照射下，由于硅基太陽能電池界面陷阱的增加，導(dǎo)致硅基太陽能電池轉(zhuǎn)換效率下降、光轉(zhuǎn)化效率性能衰退。其次，這部分能量除了給出一個光子以外，大部分能量以熱能形式散發(fā)出去，這恰恰又提高了 P區(qū)工作區(qū)的溫度。
[0005]專利號為CN201010292224.6的發(fā)明專利公開了一種鉬鎢酸鹽稀土光轉(zhuǎn)換材料及其制備方法。該光轉(zhuǎn)換材料的組成通式為:R2-XMol-yWy06:Yb3+X。該熒光粉的制備方法為:按通式比例準(zhǔn)確稱量原料，將上述組成通式中的元素的氧化物或相應(yīng)的鹽類，混合研磨均勻后，在空氣氣氛下1200?1400°C燒結(jié)2?6小時，冷卻至室溫后取出并充分研磨，即得到鉬鎢酸鹽稀土光轉(zhuǎn)換材料。本發(fā)明公開的光轉(zhuǎn)換材料在250?450nm波長范圍內(nèi)具有強吸收，其發(fā)射主峰位于950?llOOnm，具有紫外至可見光區(qū)寬譜帶激發(fā)和強近紅外發(fā)射等優(yōu)點，可作為硅基太陽能電池用光轉(zhuǎn)換材料。
[0006]專利號為CN201310218531.3的發(fā)明專利公開了一種稀土光轉(zhuǎn)換熒光粉及其制備方法。其基本化學(xué)組成通式為:aA20.bB0.cSi02.dEu203.eEr203，其中A為L1、Na、K中的一種或多種，B為Mg、Ca、Sr、Ba中的一種或多種，所述的a、b、C、d和e為摩爾數(shù)，且所述的 0.8 彡 a 彡 1.2，0.9 彡 b+2d+2e 彡 1.1，0.9 彡 c 彡 1.1,0.0001 彡 d 彡 0.1，0.0001 ^ e ^ 0.15，并公開了其制備方法。本發(fā)明公開的稀土光轉(zhuǎn)換材料在250_650nm波長范圍內(nèi)具有強吸收，其紅外發(fā)射主峰位于1538nm，具有紫外至可見光區(qū)廣范圍激發(fā)和強近紅外發(fā)射等優(yōu)點，可作為潛在應(yīng)用于鍺基太陽能電池的光轉(zhuǎn)換材料。
[0007]專利號為CN201310444963.6的發(fā)明專利公開了一種喹喔啉基共聚物及其制備方法和應(yīng)用，發(fā)明的喹喔啉基共聚物中，喹喔啉是一個優(yōu)良的電子受體單元，非常有潛力應(yīng)用于有機太陽能電池中，苯環(huán)上經(jīng)過烷氧基鏈的修飾，有利于提高聚合物溶解性能和成膜性能；菲是一種具有大平面剛性結(jié)構(gòu)的化合物，它具有較高的熱穩(wěn)定性和強的熒光性能；將上述喹喔啉基共聚物應(yīng)用于太陽能電池中，可以提高有機太陽能電池器件的光轉(zhuǎn)換率。
[0008]專利號為CN201410319936.0的發(fā)明專利公開了一種近紫外激發(fā)稀土硼酸鹽熒光粉基質(zhì)及熒光粉制備方法，該硼酸鹽熒光粉的通式為NaBaB03:XRe，yM(亦即BaNaB03:xRe,yM)。其中，NaBaB03(亦即BaNaB03)硼酸鹽為發(fā)光基質(zhì)，Re為摻雜的稀土發(fā)光中心，M為輔助摻雜元素。本發(fā)明熒光粉制備工藝簡單，通過在該基質(zhì)中摻雜不同稀土元素，可以得到在近紫外激發(fā)下，在各個光譜區(qū)域有強烈發(fā)射的熒光材料。本發(fā)明制備方法簡單，易于操作，無污染，成本低。其可以應(yīng)用于紫光激三基色白光LED熒光粉、下轉(zhuǎn)換太陽能電池?zé)晒夥垡约案鞣N顯示裝置中，還可作為近紫光激發(fā)的下轉(zhuǎn)換熒光材料用于促進農(nóng)作物生長的農(nóng)膜。
[0009]專利號為200910067521.8的發(fā)明專利公開了一種發(fā)光顏色可調(diào)的熒光材料，該熒光材料的化學(xué)通式為Sr2 xEuxMyCe04+(x+y)/2，其中，M = Li，Na或K,0.00001彡x彡0.6，0.0001 ^ 0.9ο它的激發(fā)區(qū)域位于220-380nm之間，通過改變銪離子及作為共激活劑的堿金屬離子在該材料中的含量，可以實現(xiàn)發(fā)光顏色由藍色到白色到橙色到紅色可調(diào)。通過以下三種方法得到的熒光材料的發(fā)光顏色都可以由藍色到白色到橙色到紅色逐步變化:
(I)固定堿金屬的摻雜量，逐漸增加銪離子的摻雜量；(2)固定銪離子的摻雜量，逐漸增加堿金屬離子的摻雜量；(3)同時增加堿金屬和銪離子的摻雜量。
[0010]雖然上述材料均公開了熒光材料，但是不能使在一種吸收太陽能光譜中的200-400nm的光轉(zhuǎn)換為530_600nm的綠色、橙色熒光，不能提高硅基太陽能電池的光轉(zhuǎn)化效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明的目的在于提尚娃基太陽能光轉(zhuǎn)化效率提出一種用于提尚太陽能電池能效的光轉(zhuǎn)化材料及其制備方法。
[0012]為達此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0013]—種用于提高太陽能電池能效的光轉(zhuǎn)化材料，其化學(xué)組成通式為aL.bM.cN.dQ，其中L為L = Ca、Sr、Ba、L1、Na和K的一種或兩種化合物以上，M為M = BO3S PO 4—種或兩種化合物以上;N = S12或 Al 203，Q = Y、Mn、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb 和Lu 一種或兩種化合物以上；0<a<5，0<b<6，0<c<6，0<d< I。
[0014]當(dāng)太陽高度角在90度時，295-400nm紫外線的能量占據(jù)光總能量4.7%，由于長期高能紫外光照射下，由于界面陷阱的增加，會導(dǎo)致轉(zhuǎn)換效率下降和太陽能電池性能衰退。其次，這部分能量恰恰是現(xiàn)有硅基電池中無法利用的，極大降低了光能量利用率。通過吸收太陽能光譜中的200-400nm的光轉(zhuǎn)換為530_600nm的綠色、橙色及IlOOnm左右的熒光，提高硅基太陽能電池的光轉(zhuǎn)化效率，減緩高能紫外光照射對太陽能電池性能衰退及光轉(zhuǎn)化率的影響。
[0015]優(yōu)選的，所述的L由以下化合物的一種或兩種獲得:CaC03、SrCO3, BaCO3, MgO、Li2C03、Na2C03、K2C03、Sr3N2和 Ca(CN) 2。
[0016]優(yōu)選的，所述的M由以下化合物的一種或兩種獲得:H3B03，B2O3, SrB4O7, BaB4O7,NH4H2P04、(NH4)孑04和 Na2HPO40
[0017]優(yōu)選的，所述的N由以下化合物的一種或兩種獲得:Si02、Al2O3iSi3N4和AlN0
[0018]優(yōu)選的，所述的Q由以下化合物的一種或兩種獲得:Mn02、MnCO3, Y2O3, CeO2, La203、Pr6Oin Sm2O3、Eu2O3、Gd2O3、Tb4O7、Dy2O3、Ho2O3、Er2O3、Tm2O3、Yb2O3和I Lu 203。
[0019]優(yōu)選的，所述的I彡a彡3.5，0.1彡b彡2.5，1彡c彡3.5，0.1彡d彡0.5。
[0020]—種上述任意一項所述的用于提高太陽能電池能效的光轉(zhuǎn)化材料的制備方法，其特征在于:按照化學(xué)組成通式aL.bM.cN.dQ，稱取各元素的氧化物或相應(yīng)鹽類在密閉容器中混料，然后將混合物在Ar或N2-H2氣氛下，在800-1650°C合成爐中保溫4-8小時，冷卻、破碎分級，過篩，即可得到光轉(zhuǎn)化材料。
[0021]—種上述的所述的用于提高太陽能電池能效的光轉(zhuǎn)化材料的使用方法，其特征在于:將獲得的光轉(zhuǎn)化材料按質(zhì)量比為1-20%加入高透射薄膜材料，然后通過注塑成型制備成呈半球形、圓錐形、反半球形和反圓錐形一種或兩種混合結(jié)構(gòu)棱鏡光學(xué)增益結(jié)構(gòu)，最后將這種光增益結(jié)構(gòu)安裝在硅膠太陽能電池的N半導(dǎo)體電極區(qū)的頂部。
[0022]優(yōu)選的，所述高透射薄膜材料為有機高分子材料。
[0023]進一步優(yōu)選的，所述高透射薄膜材料為PC、PS, PMMA、無機非晶態(tài)光學(xué)玻璃或透明陶瓷材料。
[0024]本發(fā)明公開的光轉(zhuǎn)化材料使一種吸收太陽能光譜中的200-400nm的光轉(zhuǎn)換為500-650nm的綠色、橙色、紅色熒光，提高硅基太陽能電池的光轉(zhuǎn)化效率。
【附圖說明】
[0025]圖1實施例1材料的激發(fā)、發(fā)射光譜圖。
[0026]圖2為實施例1的XRD衍射圖。
[0027]圖3實施例2材料的激發(fā)、發(fā)射光譜圖。
[0028]圖4為實施例2的XRD衍射圖。
[0029]圖5實施例3材料的激發(fā)、發(fā)射光譜圖，
[0030]圖6為實施例3的XRD衍射圖。
[0031]圖7實施例4材料的激發(fā)、發(fā)射光譜圖。
[0032]圖8為實施例4的XRD衍射圖。
【具體實施方式】
[0033]下面結(jié)合附圖并通過【具體實施方式】來進一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。
[0034]實施例1
[0035]將一種200?400nm紫外線轉(zhuǎn)化500?650nm左右綠色、橙色左右的熒光材料，其化學(xué)組成為 aL.bM.cN:dQ(L = Ca，Sr, M = BO3, N = S12, Q = La、Ce、Tb、Gd、Mn —種或兩種化合物以上)，a = I, b = 5.9, C = 0.l,d = 0.5o 即化學(xué)組成為 SraiCaa9Bj^9SiaiLaa43Ce0.03Tba(]1Gda(]1Mna(]2Oia79，按照上述化學(xué)組成將 90 克 CaCO3,14.762 克 SrCO3,364.67 克 H3BO3'6 克 Si02、70.05 克 La203、5.175 克 Ce02、l.87 克 Tb4O7U.81 克 Gd2O3U.74 克胞02在密閉容器中混料；然后將混合物在95% N2-5% H2氣氛下，在1300°C合成爐中保溫6小時，冷卻、破碎分級，