專(zhuān)利名稱(chēng)：一種高效率太陽(yáng)能光電轉(zhuǎn)換裝置及制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種太陽(yáng)能光電轉(zhuǎn)換裝置，特別是指一類(lèi)采用光致發(fā)光膜、反 射膜與聚光膜來(lái)提高太陽(yáng)能電池效率的光電轉(zhuǎn)換裝置。
背景技術(shù)：
太陽(yáng)能電池是把太陽(yáng)光轉(zhuǎn)換為電能的裝置，器件通常包含抗反射膜、電極、
PN結(jié)或PIN結(jié)、基板等。
圖1所示為公開(kāi)技術(shù)的太陽(yáng)能電池裝置，包括抗反射膜，基片，布置在
所述基片的前電極，布置在所述基片上的PN結(jié)，布置在所述PN結(jié)的背電極等。 通常的PN結(jié)只對(duì)太陽(yáng)光的某一個(gè)波段敏感，敏感波段由使用半導(dǎo)體材料的 禁帶寬度決定。然而穿過(guò)大氣的太陽(yáng)光包含了從200至1000納米等非常寬的波 長(zhǎng)范圍，入射到太陽(yáng)能電池的光，只有在PN結(jié)敏感波段區(qū)內(nèi)的光才能被利用， 所以通常的太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)換效率不太高。例如，單結(jié)無(wú)定型硅(a-Si)薄膜太 陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率約為5%，單晶硅(c-Si)或多晶硅(p-Si)太陽(yáng)能電池的 轉(zhuǎn)換效率約為15%。
通過(guò)對(duì)多組不同半導(dǎo)體材料制成的PN結(jié)串聯(lián)也可以提高太陽(yáng)能電池的效 率，如通過(guò)對(duì)藍(lán)綠黃光敏感的a-Si (無(wú)定型硅)與黃紅光敏感的U-Si (微晶 硅)兩個(gè)PN結(jié)的串聯(lián)，可以把單結(jié)太陽(yáng)能電池的效率從5%提高到接近10%。 a-Si
(無(wú)定型硅)與單晶硅(c-Si)雙結(jié)串聯(lián)太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換率可達(dá)20%以上。 GalnP/GaAs/Ge多PN結(jié)串聯(lián)太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換率可達(dá)30%以上。
但是用上述方法來(lái)提高太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率就目前的技術(shù)基本已經(jīng)很難得到大幅提高，隨著社會(huì)的進(jìn)步和發(fā)展太陽(yáng)能這種綠色能源被越來(lái)越多的人所 青睞，人們想通過(guò)有限時(shí)間的光照來(lái)攝取更多的能量，從而人們想通過(guò)其他的 方法來(lái)提高太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換率。

發(fā)明內(nèi)容
為了實(shí)現(xiàn)提高太陽(yáng)能光電池的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化率的技術(shù)要求，克服現(xiàn)有太陽(yáng)能 轉(zhuǎn)化率不高的缺點(diǎn)，本發(fā)明提供一種高效率太陽(yáng)能光電轉(zhuǎn)換裝置及制造方法的 技術(shù)方案來(lái)部分解決現(xiàn)有技術(shù)的不足。
本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的， 一種高效率太陽(yáng)能光電
轉(zhuǎn)換裝置，該裝置包括光電池，光電池包括基片、抗反射膜、基片上設(shè)置有PN 結(jié)、電極，其特征在于該裝置還包括光致發(fā)光膜、反射膜和聚光膜，在光電 池的迎光面上至少設(shè)置一層光致發(fā)光膜，在光致發(fā)光膜的迎光面上至少設(shè)置一 層反射膜，在反射膜的迎光面上至少設(shè)置一層聚光膜。
所述的光致發(fā)光膜由發(fā)光材料或者發(fā)光材料加入輔助成膜材料組成；所述 的發(fā)光材料由量子效率大于30%的無(wú)機(jī)發(fā)光材料、有機(jī)發(fā)光材料其中的至少一種 材料組成；所述輔助成膜材料由在可見(jiàn)光區(qū)透明的太陽(yáng)光譜范圍透過(guò)率大于70% 的有機(jī)聚合物高分子材料、無(wú)機(jī)玻璃、陶瓷材料其中的一種材料組成；
所述的反射膜由折射率高低交替的薄膜組成，或由折射率不同的材料混合 組成；
所述的聚光膜由在可見(jiàn)光內(nèi)透明的有機(jī)樹(shù)脂或無(wú)機(jī)玻璃材料組成。 所述的無(wú)機(jī)發(fā)光材料包括遠(yuǎn)紫外線轉(zhuǎn)換近紫外光發(fā)光材料、藍(lán)色無(wú)機(jī)發(fā)光 材料、綠色無(wú)機(jī)發(fā)光材料、黃綠光材料、紅色無(wú)機(jī)發(fā)光材料；所述的有機(jī)發(fā)光 材料包括遠(yuǎn)紫外線轉(zhuǎn)換近紫外光有機(jī)發(fā)光材料、藍(lán)色有機(jī)發(fā)光材料、綠色有機(jī) 低分子發(fā)光材料、黃色有機(jī)低分子發(fā)光材料、紅色有機(jī)低分子發(fā)光材料、共軛有機(jī)高分子發(fā)光材料。
所述發(fā)光材料可以摻入輔助摻雜劑。
所述光致發(fā)光膜的厚度為0. 1微米 5毫米，光致發(fā)光膜在有效激發(fā)光波 長(zhǎng)處的光學(xué)密度大于l。
所述聚光膜有不均勻的幾何形狀凸凹的表面。
所述的光電池由已知的無(wú)機(jī)、有機(jī)或無(wú)機(jī)有機(jī)復(fù)合半導(dǎo)體材料上形成的PN 結(jié)或PIN結(jié)通過(guò)電極相互并聯(lián)或串聯(lián)制成。
所述有機(jī)發(fā)光材料可以通過(guò)采用溶解、分散在輔助成膜材料中，制成光致 發(fā)光膜的可加工性材料。
所述有機(jī)發(fā)光材料可以通過(guò)化學(xué)合成法把有機(jī)發(fā)光材料的分子加入到非共 軛有機(jī)高分子的主鏈或側(cè)鏈上，制成光致發(fā)光膜的可加工性材料。 所述無(wú)機(jī)發(fā)光材料可以通過(guò)溶解、混合、分散在無(wú)機(jī)玻璃、陶瓷材料中，無(wú)機(jī) 發(fā)光材料顆粒直徑為0.01微米 10微米，再采用浮法、提拉、澆注方法制成基 材。
所述發(fā)光材料也可以采用物理氣相沉積、化學(xué)氣相沉積、涂敷、印刷方法， 直接在基片上成膜。
所述發(fā)光材料加入輔助成膜材料中的重量比例范圍是0. 1—99%。
所述的反射膜制備在光致發(fā)光膜或設(shè)置有光致發(fā)光膜的基材上，所述的交 替薄膜采用低折射率的Si02與高折射率的Ti02交替制成，所述折射率不同的多 種材料采用將高折射率的顆粒加入成膜樹(shù)脂制成。
所述聚光膜的凸凹幾何形狀可以采用光刻、轉(zhuǎn)印、印刷、機(jī)械加工、刻蝕、 澆注方法制備在有機(jī)樹(shù)脂或無(wú)機(jī)玻璃材料上。
本發(fā)明是在太陽(yáng)能光電池前方迎光面設(shè)置一個(gè)以上的光致發(fā)光膜，在該光致發(fā)光膜前方設(shè)置一個(gè)以上的反射膜，在反射膜前方設(shè)置一個(gè)以上的聚光膜。 本發(fā)明提供的光致發(fā)光膜在太陽(yáng)光激發(fā)下可以發(fā)射出紅外、可見(jiàn)、紫外間的一 種或多種光，其發(fā)光波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)于光電池響應(yīng)敏感區(qū)，從而提高了太陽(yáng)光的利用 率。反射膜透過(guò)從法線入射的太陽(yáng)光，反射由太陽(yáng)激發(fā)產(chǎn)生的向后傳播的光致 發(fā)光并使之向前傳播入射至光電池。聚光膜含有幾何形狀凸凹的表面，能收集 到非法線入射的慢發(fā)射太陽(yáng)光，進(jìn)而又提高了太陽(yáng)光的利用率。
本發(fā)明的積極進(jìn)步效果在于，本發(fā)明的光致發(fā)光膜直接設(shè)置在現(xiàn)有的光電 池上來(lái)提高太陽(yáng)光的利用率，具有簡(jiǎn)單、易實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)。在光致發(fā)光膜上設(shè)置 了反射膜，使得光致發(fā)光利用率得到提高。在反射膜上設(shè)置有凸凹表面的聚光 膜，收集到更多的太陽(yáng)光。


圖1為公開(kāi)技術(shù)的太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)示意圖2為本發(fā)明的太陽(yáng)能光電轉(zhuǎn)換裝置結(jié)構(gòu)一的示意圖3為本發(fā)明的太陽(yáng)能光電轉(zhuǎn)換裝置結(jié)構(gòu)二的示意圖4為本發(fā)明的光致發(fā)光膜、反射膜與聚光膜結(jié)構(gòu)一的示意圖。 圖5為本發(fā)明的光致發(fā)光膜、反射膜與聚光膜結(jié)構(gòu)二的示意圖。 圖中11-抗反射膜，12-基片，13-前電極，14-PN結(jié)，15-背電極，21-光
致發(fā)光膜，22-反射膜，23-聚光膜。
具體實(shí)施例方式
以下所述實(shí)施例并結(jié)合圖1，圖2，圖3，圖4，圖5詳細(xì)說(shuō)明了本發(fā)明的 技術(shù)方案，本發(fā)明中的上方和下方、前方和后方以說(shuō)明書(shū)附圖中的方向?yàn)闇?zhǔn)， 但并不是用來(lái)對(duì)其進(jìn)行限定。
如圖2和圖3所示， 一種高效率太陽(yáng)能光電轉(zhuǎn)換裝置，該裝置包括光電池，所述的光電池包括抗反射膜ll，基片12，基片12上設(shè)置一個(gè)PN結(jié)14，前電極 13，背電極15;光電池半導(dǎo)體材料可以采用a—Si (無(wú)定性硅)、p—Si(多晶硅)、 c—Si (單晶硅)、CdS、 CdTe、 GaAs、 GaN、 GaP、 InP等已知無(wú)機(jī)半導(dǎo)體；Pentacene (并五苯)、CuPc (酞氰銅)、Polythiophene (聚噻吩)、C60 (富勒烯)等已知 有機(jī)半導(dǎo)體，或Ti02與染料的無(wú)機(jī)有機(jī)復(fù)合體系。
如圖4和圖5所示該裝置還包括光致發(fā)光膜21、反射膜22和聚光膜23， 在光電池的迎光面上至少設(shè)置一層光致發(fā)光膜21，在光致發(fā)光膜21的迎光面上 至少設(shè)置一層反射膜22，在反射膜22的迎光面上至少設(shè)置一層聚光膜23。
如圖3和圖5所示該裝置的聚光膜23上方還設(shè)置有一層沒(méi)有凸凹形狀的膜， 可以有效防止有凸凹形狀的表面落入灰塵和異物，采用和聚光膜23相同的材質(zhì) 的膜，對(duì)太陽(yáng)光的接收率也沒(méi)有任何影響。
穿過(guò)大氣的太陽(yáng)光包含了從200至1000納米等非常寬的波長(zhǎng)范圍，然而入 射到太陽(yáng)能電池的光，只有很窄波段的光才能被利用。通常制造太陽(yáng)能電池包 括無(wú)機(jī)、有機(jī)及無(wú)機(jī)有機(jī)復(fù)合半導(dǎo)體材料。如單晶、多晶、無(wú)定等形態(tài)的Si、 Ge、 GaAs、 GaN、 GaP、 InP、 CdS、 CdTe、 CIGS (CuInGaSe化合物)、酞氰銅(CuPc) 及其衍生物、并五苯(Pentacence)及其衍生物、富勒烯(C60)及其衍生物(如 PCBM)、聚噻吩(Polythiophne)及其衍生物、PPV及其衍生物(如MEH-PPV)、 Ti02與染料等復(fù)合體等。這些材料大多對(duì)黃紅、近紅外區(qū)的光響應(yīng)，通常對(duì)太 陽(yáng)中占很大比列的紫外、藍(lán)綠區(qū)的光則利用率較低。
光致發(fā)光膜21的特點(diǎn)是本身為發(fā)光體，在太陽(yáng)多光譜激發(fā)下發(fā)出紫外光、 可見(jiàn)光、紅外光，發(fā)光材料的發(fā)光光譜至少有一個(gè)峰與光電池的光譜線相應(yīng)范 圍重疊。光致發(fā)光膜21由發(fā)光材料或者發(fā)光材料加入輔助成膜材料組成，發(fā)光 材料由量子效率大于30%的無(wú)機(jī)發(fā)光材料、有機(jī)發(fā)光材料、有機(jī)與無(wú)機(jī)混合物發(fā)光致發(fā)光膜21所選的無(wú)機(jī)發(fā)光材料包括-遠(yuǎn)紫外線轉(zhuǎn)換近紫外光發(fā)光材料CaW04:Bi等；
藍(lán)色無(wú)機(jī)發(fā)光材料鋁酸鹽稀土發(fā)光材料其通式為(Mel)(堿土金屬1如Ba， Sr) (Me2) 2 (堿土金屬2如Mg) AlxOy (x = 16， y=27) /Eu; (Mel)(堿土金 屬l如Ba， Sr) (Me2)(堿土金屬2如Mg) AlxOy (x = 10， y = 17) /Eu; (Me)
(堿土金屬如Ba， Sr， Ca， Mg) AlxOy (x = 2， y=4) /Eu;硅酸鹽稀土發(fā)光材 料其通式為Mel (堿土金屬1如Ba， Sr， Ca) (Me2)(堿土金屬2如Mg， Al) SixOy
(x = 2， y = 6) /Eu; Y2Si05/Ce;磷酸鹽稀土發(fā)光材料其通式為 (Sr, Ca， Ba) 10 (P04) 6C12/Eu; (Sr， Ca， Ba) 10 (P04) 6C12 B203/Eu; 3 (Sr， Ca， Ba) 3 (P04)2/Eu; LaP04/Eu;硫化物發(fā)光材料其通式為(Zn， Ca， Sr) S(Se, 0)/Ag
(Ce， Tm， Eu)， Ba (Mg) A12S4/Eu等。
綠色無(wú)機(jī)發(fā)光材料鋁酸鹽稀土發(fā)光材料其通式為Me(堿土金屬如Mg)AlxOy
(x二ll， y = 19) /Ce， Tb; Me (堿土金屬如Sr， Ba) AlxOy (如x = 2， y=4) /Eu, Dy; Mel (堿土金屬1如Ba， Sr， Ca) Me2 (堿土金屬2如Mg) AlxOy (x =10， y=17)/Eu，Mn;硅酸鹽發(fā)光材料其通式為(Mel)(堿土金屬1如Ba， Sr， Ca) 2 (Me2)(堿土金屬2如Mg， Al) 2SixOy (x=2， y=8) /Eu; Zn2Si04/Mn; Y2Si05/Tb;磷酸鹽稀土發(fā)光材料其通式為L(zhǎng)a203 0. 2Si02 0. 9P205/Ce， Tb; LaP04/Ce， Tb;硫化物發(fā)光材料其通式為Zn(Ca， Sr)S/Cu(Ce, Tb) ; SrGa2S4/Eu， CaA12S4/Eu ;
黃綠光材料Y3A15012/Ce， ZnS/Mn等。
紅色無(wú)機(jī)發(fā)光材料氧(硫)化物，通式為Y (Gd) 203/Eu， Y202S/Eu， Sr (Ca，Zn) S/Eu(Sm); Ca(Sr)Y2S4/Eu， MgGa204Eu，鋁酸鹽稀土發(fā)光材料其通式為Mel (堿土金屬l如Sr) Me2 (堿土金屬2如Ba ) Alx0y/Eu， Mn等。
無(wú)機(jī)發(fā)光材料可以分散到輔助成膜材料，如無(wú)機(jī)材料玻璃、陶瓷等；有機(jī) 聚合物材料如聚乙烯，聚氯乙烯，聚丙烯，聚丙烯酸酯，聚甲基丙烯酸甲酯， 聚乙烯醇，聚酰亞胺，聚苯乙烯，聚碳酸酯，酚醛樹(shù)脂，醇酸樹(shù)脂，環(huán)氧樹(shù)脂， 聚胺酯樹(shù)脂或其他已知的高分子材料中，制成可加工性材料。同時(shí)還可以加入 其他輔助功能性材料如交聯(lián)材料、分散材料、溶劑等。 光致發(fā)光膜21所選的有機(jī)低分子發(fā)光材料包括-遠(yuǎn)紫外線轉(zhuǎn)換近紫外光有機(jī)發(fā)光材料，如萘、蒽、水楊酸鈉等； 藍(lán)色有機(jī)發(fā)光材料，香豆素4 (coumarin4);蒽(anthracene)及其衍生 物二苯基蕙(diphenylanthracene(DPA) ) ; 9 , 10- 二 -2-萘基蒽 (9, 10-di-2-naphthylanthracene (AND))，菲(perylene)及其衍生物四丁基 (tetra(t-butyl)-perylene (TBP));芘(pyrene)及其衍生物如四苯基芘 (tetra(phenyl)-pyrene (TPP))，聯(lián)苯乙烯(distyrylarylene (DSA))及 其衍生物(DSA-Ph);芴(fluorene)及其衍生物如2， 7-二溴-3， ， 6， -二辛 基氧-9， 9，-螺二芴(DBSF)，芪(stilbene)及其衍生物；三苯基二胺(TPD (triphenyldiamine) ) ;; N, N， - 二苯基-N,N，-雙(1-萘基)-(l， 1，-聯(lián)苯) -4， 4， - 二胺(N， N， -diphenyl-N， N， -bis (1-naphthyl)- (1,1，-biphenyl)-4,4， - diamine (NPB) ) ; 4， 4， _N_N-二咔唑_聯(lián)苯(4， 4， -N,N-dicarbazole_ biphenyl (CBP));惡唑衍生物(2-4-聯(lián)苯)-5- (4_ 叔丁基)-1 ， 3 ， 4-惡二唑((2-(4_biphenyl)-5-(4-tert_butyl)-l. 3. 4-ozadiazole) (PBD) ) ，3-苯基-4- (8-萘基)-5-苯基-l， 2， 4-三叔唑 (3-phenyl-4-(8-naphthyl) -5-phenyl- 1， 2， 4-triazole(TAZ));噻咯 (Silole)及其衍生物2, 5-二芳基噻咯(2， 5-diarylsiloes); dithienosiles; 鋁金屬配合物BAlq;銥金屬配合物銥(III)雙[(4， 6-二氟苯基)-吡啶-N，C]-甲基吡啶 (iridium(III) bis[(4， 6-difl匿opheny1)-pyridinato-N， C]picolinate (FIrpic))等。綠色有機(jī)低分子發(fā)光材料，香豆素coiimarin系列衍生物如3- (2-苯并噻
唑-四羥基)_ (二乙胺基)-2H-l-苯并吡喃-2-0 (C6) ，C7，C545MT;
(3—(2—benzothiazolyl— tetrahydro)—7— (diethylamino)— 2H—1—benzopyran—2—one (C6) ， C7， C545MT);喹喔啉(quinoxaline)衍 生物6-N,N-二甲胺基-l-甲基-3-苯基-1-H-吡唑[3, 4-b]-喹啉(PAQ-Net2) ( (6—N， N—dimethylamino—1—methyl— 3—phenyl—1~H—pyrazolo [3， 4一b]— quinoline(PAQ-—Net2))，喹吖徒酮(quinacridone)系列衍生物如 二甲基-喹吖錠酮(dimethyl— quinaridone(DMQA) ); 丁省(tetracene)及 其衍生物DPT 二苯基丁省(diphenyltetracene)，芴(fluorene)衍生物，Al 金屬配合物(并四苯)三(8-羥基-喹啉)-鋁(tris(8—hydroxy—quinoline) — aluminum (Alq) ) ， Mg金屬配合物Mgq， Zn金屬配合物ZnPBO， ZnPBT, Tb金 屬配合物Tb (acac) 3Phen ，銥金屬配合物三(2-苯基吡啶)合銥 (tris(2—phenylpyridine)iridium)即(Ir(ppy)3;(2-苯基吡啶)合銥(III) ((2—phenylpyridine) iridium (III))乙酰丙酮(acetylacetonate)艮卩 (ppy)3Ir(acac)等。
黃色有機(jī)低分子發(fā)光材料，丁省衍生物5， 6， 11， 12-四苯基并四苯 (rubrene)，三芳氨衍生物DCTP，吩惡嗪酮(BTX)，雙(8-羥基-喹啉)-鋅 (bis(8—hydroxy—quinoline)_zinc(Znq))，羅丹明B ( Rohdamine B), 羅丹明6G (Rohdamine 6G)等。
紅色有機(jī)低分子發(fā)光材料，吡喃系列衍生物(4- (二氰基亞甲基)-2-甲 基-6- (p-二甲基氨基苯乙烯基)-4H-吡喃)((4一(dicyano methylene)—2— methyl— 6—(p— dimethylaminostyryl) — 4H一pyran) (DCM2) ); DCJTB;
三芳氨衍生物1,1，-二氰基-取代雙-苯乙烯基-萘 (1， 1， 一dicyano—substituted bis—styryl—naphthalene (BSN) ); NPAFN; 并五苯衍生物二苯基并五苯(diphenylpentacence ( DPP));羅丹明B (rohdamine B)，羅丹明6G (rohdamine 6G)，銪(Eu)金屬配合物二苯甲?；淄镋u(DBM)3Bath， Eu(acac)3Phen;銥金屬配合物雙(2-(2， _苯[4，5-a] 噻吩基)吡啶-N，C )銥(bis(2—(2， 一benzo[4，5—a] thienyl) pyridinato—N，C) iridium )乙酰丙酮(acetylacetonate)艮卩Btp2Ir (acac) 等。
可以通過(guò)化學(xué)合成法把上列有機(jī)發(fā)光分子加入到非共軛高分子的主鏈或 側(cè)鏈上如聚丙烯，聚丙烯酸酯，聚乙烯醇，聚酰亞胺，聚甲基丙烯酸甲酯，聚 苯乙烯，聚碳酸，聚硅樹(shù)脂，聚硅氧樹(shù)脂或其他已知的高分子鏈上。
有機(jī)發(fā)光材料也可以溶解、分散到輔助成膜材料如聚丙烯，聚丙烯酸酯， 聚甲基丙烯酸甲酯，聚乙烯醇，聚酰亞胺，聚苯乙烯，聚碳酸酯，酚醛樹(shù)脂， 醇酸樹(shù)脂，環(huán)氧樹(shù)脂，聚胺酯樹(shù)脂或其他已知的高分子材料中，制成可加工性 材料。同時(shí)還可以加入其他輔助功能性材料如感光材料、交聯(lián)材料、分散材料、 溶劑等。
光致發(fā)光膜21所選的共軛有機(jī)高分子發(fā)光材料包括
聚苯PPP及其衍生物，聚芴PF及其衍生物，聚對(duì)苯乙烯撐PPV及其衍生 物如P—PPV， OR—PPV、 MEH—PPV、 CN—PPV等,聚乙炔PA衍生物如PDPA、 raPA等，聚噻吩(PT)及其衍生物，聚吡啶PPY及其衍生物，聚乙烯基吡啶 PVY及其衍生物等，以上聚合物的共聚物，如聚芴與三芳氨的共聚物(TFB)， 聚芴與苯硫二唑的共聚物(F8BT)，聚芴與噻酚的共聚物F8T2;聚對(duì)苯乙烯撐 聚與噻酚的共聚物；聚芴與苯硫二唑與噻酚的共聚物；聚芴與萘硫二唑的共聚 物；以上聚合物的混合物；含有以上所述單體、多體的樹(shù)枝狀聚合物 (dendrimer)、低聚物(oligomer),所述材料的混合物、組合等。
共軛有機(jī)高分子發(fā)光材料也可以加入輔助型聚合物(低聚物)包括聚丙烯， 聚丙烯酸酯，聚甲基丙烯酸甲酯，聚乙烯醇，聚酰亞胺，聚苯乙烯，聚碳酸酯， 酚醛樹(shù)脂，醇酸樹(shù)脂，環(huán)氧樹(shù)脂，聚胺酯樹(shù)脂或其他已知的高分子材料中制成 可加工性材料。同時(shí)還可以加入輔助功能性材料如輔助發(fā)光材料、交聯(lián)材料、 分散材料、溶劑等?？梢酝ㄟ^(guò)化學(xué)合成法把光與熱聚合性功能團(tuán)加入共軛發(fā)光型高分子主鏈或側(cè)鏈上制成光敏與熱敏性材料。
為了更好的能量傳遞與防止?jié)舛肉?，發(fā)光材料可以混合使用即輔助摻雜
劑。如藍(lán)光材料DSA—Ph可以摻入輔助摻雜劑TPD;綠光材料C6可以摻入DMQD, 紅光材料DCM2可以摻入綠光C6與黃光摻雜劑如rubrene等。
為了滿足本發(fā)明的要求，選用發(fā)光材料量子效率在30%—90%以上，優(yōu) 選的值是50%以上。光致發(fā)光膜21厚度范圍在0. 1微米一5毫米，以利于同現(xiàn) 有的太陽(yáng)能電池生產(chǎn)兼容。光致發(fā)光膜21在有效激發(fā)光波長(zhǎng)處的光學(xué)密度大 于l，優(yōu)選的值是2—4。發(fā)光材料具有良好的熱穩(wěn)定型、空氣穩(wěn)定型，在高分 子中的良好溶解或分散特性等。輔助成膜材料在可見(jiàn)光區(qū)是透明的。
光致發(fā)光膜21的制備通過(guò)以下方法實(shí)現(xiàn)，無(wú)機(jī)發(fā)光材料可以溶解、混合、 分散在無(wú)機(jī)玻璃、陶瓷材料中，采用浮發(fā)、提拉、澆注等方法制成基材。發(fā)光 材料也可以采用PVD (物理氣相沉積)、CVD (化學(xué)氣相沉積)、涂敷、印刷直 接在基12上成膜。
另外的成膜方法是把發(fā)光材料分散、溶解到透明性高分子材料中，合適的 主體高分子材料在太陽(yáng)光譜范圍透過(guò)率在70%以上，優(yōu)選值在90%以上。適 合的無(wú)機(jī)發(fā)光材料顆粒直徑為0. Ol — lO微米。發(fā)光材料的加入到高分子材料 中兩者的重量比例范圍是O. 1—99%,優(yōu)選濃度重量比例范圍是1 —30%?？蛇x 用的高分子材料有聚乙烯，聚氯乙烯，聚丙烯，聚丙烯酸，聚丙烯氰，聚丙烯 酸甲酯，聚甲基丙烯酸甲酯，聚環(huán)氧丙烯酸，聚氨酯丙烯酰，聚酯丙烯酸酯， 聚丁烯，聚乙烯醇，聚乙烯吡咯烷酮，聚苯乙烯，聚醋酸乙烯酯，聚碳酸酯， 聚氨酯，聚酰亞胺，酚醛樹(shù)脂，環(huán)氧樹(shù)脂，聚硅樹(shù)脂，聚硅氧樹(shù)脂，聚砜，聚 苯醚，聚醚酮，醋酸纖維，硝化纖維等，以上聚合物的混合物、共聚物、低聚 物。光致發(fā)光膜厚度范圍在0.1微米一5毫米之間。
反射膜22制備方法通過(guò)以下方法實(shí)現(xiàn)，在光致發(fā)光膜21或設(shè)置有光致發(fā) 光膜21的基材上。反射膜22由折射率不同的多種交替薄膜組成，如低折射率 的Si02與高折射率的Ti02交替薄膜制成?；蛘哂烧凵渎什煌亩喾N材料混合組成，優(yōu)選反射膜22由高折射率的顆粒與成膜樹(shù)脂制成。交替薄膜透過(guò)從法 線方向入射激發(fā)光、向光電池反射光致發(fā)光。
聚光膜23的制備方法通過(guò)一下方法實(shí)現(xiàn)，聚光膜23由表面幾何形狀不均 勻的有機(jī)樹(shù)脂或無(wú)機(jī)玻璃材料制成。聚光膜23所用材料在可見(jiàn)光范圍內(nèi)透明。 表面凸凹幾何形狀不均勻的薄膜可以采用光刻、轉(zhuǎn)印、印刷、機(jī)械加工、刻蝕、 澆注等方法制備在基材上。
實(shí)施例一
本實(shí)施例中的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換裝置采用圖2中所示的結(jié)構(gòu)，光電池采用單晶或 多晶硅光電池，其光譜響應(yīng)在黃、紅至近紅外區(qū)。選用光致發(fā)光膜21發(fā)光區(qū) 為615納米紅光區(qū)。
紅色發(fā)光發(fā)光材料選定Y203/Eu，輔助成膜材料選用蘇打(Soda Lime) 光學(xué)或硼硅鋁電子玻璃等，制成光致發(fā)光膜21，發(fā)光材料Y203/Eu與玻璃的 重量比選定為1一99%，優(yōu)化的值選為10%。
反光膜22，如Ti02 (氧化鈦)/Si02 (二氧化硅)交替多層膜如1-3個(gè) 周期，所述交替膜對(duì)紫、藍(lán)光透過(guò)，紅、綠光反射。聚光膜23,使用表面凸 凹幾何形狀的微透鏡用來(lái)實(shí)現(xiàn)聚光功能，微透鏡圖形(pattern)用刻蝕、轉(zhuǎn) 印、印刷、機(jī)械加工、澆注等方法制備。把上述設(shè)置有光致發(fā)光膜21，反光 膜22與聚光膜23的整體基板設(shè)置在光電池上，即完成本發(fā)明的裝置。
下面對(duì)其工作原理進(jìn)行說(shuō)明，聚光膜23收集太陽(yáng)光并通過(guò)反射薄膜22， 光致發(fā)光膜21中的Y203/Eu吸收太陽(yáng)光中的紫外成分(350鈉米)而射出紅 色光(615納米)，其強(qiáng)度取決于與發(fā)光材料的效率，如Y203/Eu為90X，所 以太陽(yáng)光中的大部分的紫外光轉(zhuǎn)換為紅光；選擇反射膜22讓太陽(yáng)光透過(guò)，但 反射向后發(fā)射的紅光使其向前方傳播入射至單晶硅光電池而增加了光電流即 增加了光電轉(zhuǎn)換效率。
通過(guò)以上技術(shù)制成了太陽(yáng)能光電轉(zhuǎn)換裝置，同使用同樣的光電池裝置相 比，本發(fā)明可以很大地提高太陽(yáng)能光電轉(zhuǎn)換效率；在實(shí)踐上具有制造簡(jiǎn)單、成本低等優(yōu)點(diǎn)。 實(shí)施例二
本實(shí)施例的裝置與原理同實(shí)施例一基本相同，不同之處在于光電池采用對(duì) 藍(lán)綠黃光敏感的無(wú)定形硅光電池，發(fā)光材料選用發(fā)藍(lán)綠光的
Ba2MgA116027/Eu，其他條件同實(shí)施例一相同。 實(shí)施例三
本實(shí)施例的裝置與原理同實(shí)施例一基本相同，不同之處在于光電池采用對(duì) 可見(jiàn)光敏感的多晶半導(dǎo)體材料CIGS制成的光電池，發(fā)光材料選用黃色無(wú)機(jī) 發(fā)光材料Y3A15012: Ce,其他條件同實(shí)施例一相同。 實(shí)施例四
本實(shí)施例的裝置與原理同實(shí)施例一基本相同，不同之處在于光電池采用無(wú) 定形硅與微晶硅串聯(lián)的光電池，其他條件同實(shí)施例一至例三相同。 實(shí)施例五
本實(shí)施例的裝置與原理同實(shí)施例一基本相同，不同之處在于光電池14采 用無(wú)定形硅與單晶硅串聯(lián)的光電池，其他條件如發(fā)光材料同實(shí)施例一至例三相 同。
實(shí)施例六
本實(shí)施例的裝置與原理同實(shí)施例一基本相同，不同之處在于光電池14采 用了單晶GaAs單結(jié)或和GalnP/GaAs/Ge等多結(jié)光電池，其他條件如發(fā)光材料 同實(shí)施例一至三相同。
實(shí)施例七
本實(shí)施例的裝置與原理同實(shí)施例一至六基本相同，不同之處在于發(fā)光材料 采用了如OR-PPV、 Rebrene等有機(jī)發(fā)光材料，其他條件如光電池同實(shí)施例一至 六相同。
實(shí)施例八
本實(shí)施例的裝置結(jié)構(gòu)和實(shí)施例一至六相同，不同之處在于發(fā)光材料使用了有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合體系即無(wú)機(jī)綠光與有機(jī)綠光混合，無(wú)機(jī)紅或黃或白光與有機(jī)紅或 黃或白光混合使用。其他條件如光電池同實(shí)施例一至六相同。 實(shí)施例九
本實(shí)施例的裝置結(jié)構(gòu)和實(shí)施例一至八相同，不同之處在于光電池由有機(jī)半
導(dǎo)體PCBM與MEH-PPV等混合材料制成。其他條件如發(fā)光材料同實(shí)施例一至八 相同。
實(shí)施例十
本實(shí)施例的裝置結(jié)構(gòu)和實(shí)施例一至八相同，不同之處在于光電池由Ti02 與光敏染料混合材料制成。其他條件如發(fā)光材料同實(shí)施例一至八相同。
本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解針對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例已經(jīng)進(jìn)行了描述，在不脫離 本發(fā)明的精神和附加權(quán)利要求書(shū)的范圍基礎(chǔ)上可以進(jìn)行各種變化和修改。
本發(fā)明的積極進(jìn)步效果在于，本發(fā)明的光致發(fā)光膜21直接設(shè)置在現(xiàn)有的 光電池上來(lái)提高太陽(yáng)光的利用率，具有簡(jiǎn)單、易實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)。在光致發(fā)光膜 21上設(shè)置了反射膜22，使得光致發(fā)光利用率得到提高。在反射膜22上設(shè)置有 凸凹表面的聚光膜23，能收集到更多的太陽(yáng)光。
權(quán)利要求
1、一種高效率太陽(yáng)能光電轉(zhuǎn)換裝置，該裝置包括光電池，光電池包括基片(12)、抗反射膜(11)、基片上設(shè)置有PN結(jié)(14)、電極，其特征在于該裝置還包括光致發(fā)光膜(21)、反射膜(22)和聚光膜(23)，在光電池的迎光面上至少設(shè)置一層光致發(fā)光膜(21)，在光致發(fā)光膜(21)的迎光面上至少設(shè)置一層反射膜(22)，在反射膜(22)的迎光面上至少設(shè)置一層聚光膜(23)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種高效率太陽(yáng)能光電轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于 所述的光致發(fā)光膜(21)由發(fā)光材料或者發(fā)光材料加入輔助成膜材料組成；所述 的發(fā)光材料由量子效率大于30%的無(wú)機(jī)發(fā)光材料、有機(jī)發(fā)光材料其中的至少一種 材料組成；所述輔助成膜材料由在可見(jiàn)光區(qū)透明的太陽(yáng)光譜范圍透過(guò)率大于70% 的有機(jī)聚合物高分子材料、無(wú)機(jī)玻璃、陶磁材料其中的一種材料組成；所述的反射膜(22)由折射率高低交替的薄膜組成，或由折射率不同的材料 混合組成；所述的聚光膜(23)由在可見(jiàn)光內(nèi)透明的有機(jī)樹(shù)脂或無(wú)機(jī)玻璃材料組成。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種高效率太陽(yáng)能光電轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于-所述的無(wú)機(jī)發(fā)光材料包括遠(yuǎn)紫外線轉(zhuǎn)換近紫外光發(fā)光材料、藍(lán)色無(wú)機(jī)發(fā)光材料、 綠色無(wú)機(jī)發(fā)光材料、黃綠光材料、紅色無(wú)機(jī)發(fā)光材料；所述的有機(jī)發(fā)光材料包 括遠(yuǎn)紫外線轉(zhuǎn)換近紫外光有機(jī)發(fā)光材料、藍(lán)色有機(jī)發(fā)光材料、綠色有機(jī)低分子 發(fā)光材料、黃色有機(jī)低分子發(fā)光材料、紅色有機(jī)低分子發(fā)光材料、共軛有機(jī)高 分子發(fā)光材料。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的一種高效率太陽(yáng)能光電轉(zhuǎn)換裝置，其特 征在于所述發(fā)光材料可以摻入輔助摻雜劑。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種高效率太陽(yáng)能光電轉(zhuǎn)換裝置，其特征在 于所述光致發(fā)光膜(21)的厚度為0. 1微米 5毫米，光致發(fā)光膜(21)在有 效激發(fā)光波長(zhǎng)處的光學(xué)密度大于1。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種高效率太陽(yáng)能光電轉(zhuǎn)換裝置，其特征在 于所述聚光膜(23)有不均勻的幾何形狀凸凹的表面。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種高效率太陽(yáng)能光電轉(zhuǎn)換裝置，其特征在 于所述的光電池由己知的無(wú)機(jī)、有機(jī)或無(wú)機(jī)有機(jī)復(fù)合半導(dǎo)體材料上形成的PN 結(jié)或PIN結(jié)通過(guò)電極相互并聯(lián)或串聯(lián)制成。
8、 一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高效率太陽(yáng)能光電轉(zhuǎn)換裝置中的光致發(fā) 光膜的生產(chǎn)方法，其特征在于所述有機(jī)發(fā)光材料可以通過(guò)采用溶解、分散在 輔助成膜材料中，制成光致發(fā)光膜(21)的可加工性材料。
9、 一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種髙效率太陽(yáng)能光電轉(zhuǎn)換裝置中的光致發(fā) 光膜的生產(chǎn)方法，其特征在于所述有機(jī)發(fā)光材料可以通過(guò)化學(xué)合成法把有機(jī) 發(fā)光材料的分子加入到非共軛有機(jī)高分子的主鏈或側(cè)鏈上，制成光致發(fā)光膜(21)的可加工性材料。
10、 一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高效率太陽(yáng)能光電轉(zhuǎn)換裝置中的光致發(fā)光膜的生產(chǎn)方法，其特征在于所述無(wú)機(jī)發(fā)光材料可以通過(guò)溶解、混合、分散在無(wú)機(jī)玻璃、陶瓷材料中，無(wú)機(jī)發(fā)光材料顆粒直徑為0. 01微米 10微米，再采用浮法、提拉、澆注方法制成基材。
11、 一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高效率太陽(yáng)能光電轉(zhuǎn)換裝置中的光致發(fā)光膜的生產(chǎn)方法，其特征在于所述發(fā)光材料也可以采用物理氣相沉積、化學(xué)氣相沉積、涂敷、印刷方法，直接在基片(12)上成膜。
12、 一種根據(jù)權(quán)利要求8或9或10所述的一種高效率太陽(yáng)能光電轉(zhuǎn)換裝置 中的光致發(fā)光膜的生產(chǎn)方法，其特征在于所述發(fā)光材料加入輔助成膜材料中 的重量比例范圍是O. 1 — 99%。
13、 一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高效率太陽(yáng)能光電轉(zhuǎn)換裝置中的反射 膜的生產(chǎn)方法，其特征在于所述的反射膜(22)制備在光致發(fā)光膜(21)或設(shè)置 有光致發(fā)光膜(21)的基材上，所述的交替薄膜采用低折射率的Si02與高折射率 的Ti02交替制成，所述折射率不同的多種材料采用將高折射率的顆粒加入成膜 樹(shù)脂制成。
14、 一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高效率太陽(yáng)能光電轉(zhuǎn)換裝置中的聚光 膜的生產(chǎn)方法，其特征在于所述聚光膜(23)的凸凹幾何形狀可以采用光刻、 轉(zhuǎn)印、印刷、機(jī)械加工、刻蝕、澆注方法制備在有機(jī)樹(shù)脂或無(wú)機(jī)玻璃材料上。
全文摘要
一種高效率太陽(yáng)能光電轉(zhuǎn)換裝置，該裝置包括光電池，光電池包括基片、抗反射膜、基片上設(shè)置有PN結(jié)、電極，該裝置還包括光致發(fā)光膜、反射膜和聚光膜，在光電池的迎光面上至少設(shè)置一層光致發(fā)光膜，在光致發(fā)光膜的迎光面上至少設(shè)置一層反射膜，在反射膜的迎光面上至少設(shè)置一層聚光膜。所述的光致發(fā)光膜在太陽(yáng)光激發(fā)下可以發(fā)射出紅外、可見(jiàn)、紫外區(qū)間的一種或多種光，其發(fā)光波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)于光電池相應(yīng)的敏感區(qū)，從而提高太陽(yáng)光的利用率。反射膜透過(guò)法線方向入射的太陽(yáng)光，反射由太陽(yáng)激發(fā)產(chǎn)生的、向后傳播的光致發(fā)光使之入射至光電池。聚光膜收集到非法線方向入射的慢反射太陽(yáng)光，進(jìn)而提高太陽(yáng)光的利用率。
文檔編號(hào)H01L31/055GK101593783SQ20091002440
公開(kāi)日2009年12月2日 申請(qǐng)日期2009年2月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月23日
發(fā)明者孫潤(rùn)光, 朱敘國(guó) 申請(qǐng)人:江蘇激藍(lán)科技有限公司