專利名稱：用于太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換材料(converter material)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)太陽(yáng)能電池由于各種原因無(wú)法實(shí)現(xiàn)理論效率(由所謂“肖克利-奎伊瑟”極限所確定)。因此，通過(guò)或者改變太陽(yáng)能電池材料或者添加另外成份等，已經(jīng)進(jìn)行許多嘗試來(lái)提高太陽(yáng)能電池的效率?？商鎿Q地，太陽(yáng)能電池的成本可以通過(guò)使用太陽(yáng)能集中器來(lái)降低。隨著每Wp的成本降低，兩種措施都具有增加太陽(yáng)能電池的使用的潛在性。太陽(yáng)能電池增大的一個(gè)策略是引入轉(zhuǎn)換材料，該轉(zhuǎn)換材料(最期望地)具有在期望波長(zhǎng)區(qū)域中的寬帶吸收和線發(fā)射。然而已知的轉(zhuǎn)換材料不是很多，并且因此存在對(duì)可替換轉(zhuǎn)換材料的不斷需求。這些材料用在所謂的發(fā)光太陽(yáng)能集中器(LSC)中。陽(yáng)光投射在大 區(qū)域上，被轉(zhuǎn)換為更長(zhǎng)波長(zhǎng)的光并且隨后被引導(dǎo)到光伏元件。以此方式，可以顯著減小將被使用的昂貴的光伏材料的數(shù)量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用于太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換材料，其能夠降低成本，并且通過(guò)在合適波長(zhǎng)區(qū)域中的寬帶吸收和線發(fā)射而增大太陽(yáng)能電池的深藍(lán)/UV輻射的轉(zhuǎn)換效率。此目的是通過(guò)根據(jù)本發(fā)明權(quán)利要求I的用于太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換材料實(shí)現(xiàn)。因此，提供一種用于太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換材料，其包括Sm2+摻雜的無(wú)機(jī)材料。令人驚奇地發(fā)現(xiàn)，對(duì)于在本發(fā)明內(nèi)的寬范圍應(yīng)用，這種用于太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換材料具有下述優(yōu)點(diǎn)中的至少其一
包括Sm2+的材料對(duì)于許多應(yīng)用采用大的斯托克斯頻移；
當(dāng)?shù)陀?00nm太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率迅速降低時(shí)，效率增大；
當(dāng)本發(fā)明材料在諸如LSC的太陽(yáng)能電池中使用時(shí)，太陽(yáng)能電池的成本降低；
另外，許多本發(fā)明材料表現(xiàn)出寬的可調(diào)諧吸收譜；
在大多數(shù)本發(fā)明材料中可以觀察到線發(fā)射，這防止了重新吸收(禁戒躍遷)；
另外已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，所述線發(fā)射(幾乎)不依賴于主晶格，使得能夠與干涉過(guò)濾器組合使用超過(guò)一種發(fā)光材料(以吸收盡可能多的陽(yáng)光)，從而保持太陽(yáng)能電池內(nèi)的發(fā)射。優(yōu)選地用于太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換材料用于太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換材料選自包括下述的群組氧化物、氮化物、氧氮化物、硼化物、硼酸鹽、磷酸鹽材料及其混合物。這些材料已經(jīng)在實(shí)踐中被發(fā)現(xiàn)是有利的。附加地或可替換地，根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，轉(zhuǎn)換材料選自包括下述的群組含有堿金屬和/或堿土金屬的材料。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，轉(zhuǎn)換材料帶隙為> 4. 5eV。這對(duì)于許多應(yīng)用是有利的，因?yàn)殡S后已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在帶隙值太小的材料中，受激發(fā)的Sm2+離子容易氧化為Sm3+并且這導(dǎo)致發(fā)射的猝滅。優(yōu)選地轉(zhuǎn)換材料帶隙為> 5eV。根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例，未摻雜材料為無(wú)色材料，其在用Sm2+摻雜時(shí)變?yōu)橛猩?br> 術(shù)語(yǔ)“無(wú)色”特別是指和/或包括該材料在可見(jiàn)波長(zhǎng)區(qū)域中不具有吸收或者吸收(10%,而術(shù)語(yǔ)“有色”相反地特別是指和/或包括該材料在可見(jiàn)波長(zhǎng)區(qū)域中具有吸收和/或發(fā)射(優(yōu)選地大于50%)。 根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例，轉(zhuǎn)換材料包括堿土金屬硼酸鹽，優(yōu)選地結(jié)構(gòu)為EAhB4O7: Smx的材料，EA為堿土金屬或堿土金屬的混合物。優(yōu)選地EA為Sr和/或Ba。此材料已經(jīng)在實(shí)踐中表現(xiàn)為非常良好的轉(zhuǎn)換材料，如下文所將描述。本發(fā)明進(jìn)一步涉及Sm2+在用于太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換材料中作為吸收體和/或發(fā)射體的用途。
另外本發(fā)明涉及一種太陽(yáng)能電池，其使用本發(fā)明材料或者利用Sm2+在用于太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換材料中作為吸收體和/或發(fā)射體。優(yōu)選地轉(zhuǎn)換材料以納米顆粒形式被提供在所述太陽(yáng)能電池中，優(yōu)選地平均顆粒尺寸為> Inm且< 1“111,優(yōu)選地> IOOnm且< 500nm,最優(yōu)選地> 50nm且< lOOnm。當(dāng)轉(zhuǎn)換體(converter)存在于光導(dǎo)中時(shí)這是特別有利的，因?yàn)榧僭O(shè)光導(dǎo)和磷光體材料的折射率(η)匹配(典型地Λη〈0. 05)，散射損失以此方式被減小?？商鎿Q地轉(zhuǎn)換材料以粒子形式被提供在所述太陽(yáng)能電池中，平均顆粒尺寸為彡lym，更優(yōu)選地彡5μπι。當(dāng)轉(zhuǎn)換層相對(duì)于光的方向置于光導(dǎo)之下時(shí)，這種布置是特別有利的。前述成份、以及所要求保護(hù)的成份和依據(jù)本發(fā)明在所描述實(shí)施例中將使用的成份，在它們的尺寸、形狀、材料選擇和技術(shù)構(gòu)思方面不受到任何特殊的例外，使得相關(guān)領(lǐng)域中已知的選擇準(zhǔn)則可以不受限制地被應(yīng)用。


本發(fā)明目的的附加細(xì)節(jié)、特征、特性和優(yōu)點(diǎn)在從屬權(quán)利要求、附圖以及下述對(duì)各圖和示例的描述中公開，所述圖和示例以示例性方式示出根據(jù)本發(fā)明的用于太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換材料的若干實(shí)施例和不例。圖I示出根據(jù)本發(fā)明的發(fā)明材料的發(fā)射光譜(示例I)。圖2示出圖I的材料的激發(fā)光譜。
具體實(shí)施例方式通過(guò)下述發(fā)明示例將進(jìn)一步理解本發(fā)明，所述發(fā)明示例純粹是僅僅用于說(shuō)明本發(fā)明并且不是限制性的。示例 I
示例I涉及SrB4O7: Sm2+,其按下述方式制成
Sm2O3、SrCO3、H3BO3 (10%過(guò)量)的化學(xué)計(jì)量比混合物在還原氣氛(Η2/Ν2)中在850° C燒制20小時(shí)。通過(guò)X射線衍射技術(shù)檢查樣品，并且它們的相純度被確認(rèn)。圖I示出SrB4O7:Sm2+的發(fā)射光譜，圖2示出SrB4O7:Sm2+的激發(fā)光譜?？梢郧宄乜闯?，由于材料的寬帶吸收和線發(fā)射以及寬的斯托克斯頻移的原因，此材料是一種在用于太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換材料中使用的出色材料。上文詳細(xì)實(shí)施例中的元件和特征的具體組合僅僅是示例性的；這些教導(dǎo)與此專利和通過(guò)引用被結(jié)合的專利/申請(qǐng)中的其它教導(dǎo)的互換和替代也明確被考慮。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，對(duì)此處所描述內(nèi)容進(jìn)行的變動(dòng)、調(diào)整和其它實(shí)施方式可以被本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所想到，而不背離所要求保護(hù)的本發(fā)明的精神和范圍。因此，前述說(shuō)明書僅僅是示例的方式并且不是旨在限制。在權(quán)利要求中，措詞"包括"不排除其它元件或步驟，并且不定冠詞〃一〃("a"或"an")不排除多個(gè)。在互不相同的從屬權(quán)利要求中陳述某些措施的純粹事實(shí) 并不指示無(wú)法有利地使用這些措施的組合。本發(fā)明的范圍在下述權(quán)利要求及其等同特征中定義。另外，說(shuō)明書和權(quán)利要求中使用的附圖標(biāo)記不限制所要求保護(hù)的本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換材料，其包括Sm2+摻雜的無(wú)機(jī)材料。
2.權(quán)利要求I的用于太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換材料，其中所述用于太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換材料選自包括下述的群組氧化物、氮化物、氧氮化物、硼化物、硼酸鹽、磷酸鹽材料及其混合物。
3.權(quán)利要求I或2的用于太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換材料，其中該轉(zhuǎn)換材料選自包括下述的群組含有堿金屬和/或堿土金屬的材料。
4.權(quán)利要求I或2的用于太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換材料，其中該轉(zhuǎn)換材料帶隙為>4. 5eV。
5.權(quán)利要求I至4中任意一項(xiàng)的用于太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換材料，其中該轉(zhuǎn)換材料的發(fā)射的衰減時(shí)間彡50μ8。
6.權(quán)利要求I至5中任意一項(xiàng)的用于太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換材料,其中未摻雜材料為無(wú)色材料，當(dāng)用Sm2+摻雜時(shí)變?yōu)橛猩?br> 7.權(quán)利要求I至6中任意一項(xiàng)的用于太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換材料，其中該轉(zhuǎn)換材料包括堿土金屬硼酸鹽。
8.Sm2+在用于太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換材料中作為吸收體和/或發(fā)射體的用途。
9.一種太陽(yáng)能電池，其包括根據(jù)權(quán)利要求I至7中任意一項(xiàng)的轉(zhuǎn)換材料或者利用權(quán)利要求8。
10.權(quán)利要求9的太陽(yáng)能電池，其中該轉(zhuǎn)換材料以納米顆粒形式提供。
全文摘要
本發(fā)明涉及使用Sm2+的用于太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換材料。
文檔編號(hào)H01L31/0232GK102971866SQ201180034605
公開日2013年3月13日 申請(qǐng)日期2011年7月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月13日
發(fā)明者C.R.龍達(dá), D.K.G.德博爾, A.梅杰林克, N.克里斯托吉安尼斯, D.比倫, W.庫(kù)爾 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司