專利名稱：基于三碘化銫錫的光波導(dǎo)熒光聚光結(jié)構(gòu)及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及太陽能能源領(lǐng)域，尤其是指一種基于三碘化銫錫的光波導(dǎo)熒光聚光結(jié)構(gòu)及其制備方法。
背景技術(shù)：
三碘化銫錫CsSnI3化合物的研究始于1974年，斯凱夫(Scaife)等人首次對粉狀CsSnI3進(jìn)行了結(jié)構(gòu)分析，之后莫爾斯貝格(Mauersberger)和休伯(Huber)等研究組獨立合成和標(biāo)定了黃色針狀的CsSnI3微晶。但直到1991年，CsSnI3多晶體才被發(fā)現(xiàn):該多晶體因呈現(xiàn)黑色光澤，故被稱為黑CsSnI3。黑CsSnI3是通過將黃色CsSnI3微晶加熱到425 K以上相變得到。通過對不同溫區(qū)的結(jié)構(gòu)和晶相X光分析，黑CsSnI3晶體的三種不同晶體結(jié)構(gòu)被確定:在450K時呈現(xiàn)理想的立方鈣鈦礦結(jié)構(gòu)(α相)，當(dāng)冷卻到426Κ時，其晶體向四角結(jié)構(gòu)(β相)轉(zhuǎn)化，而在351Κ時變?yōu)樾狈浇Y(jié)構(gòu)(Y相)。直到最近，博列洛等人根據(jù)前人得到的的晶體結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)利用第一性原理計算了三種晶體的電子結(jié)構(gòu)，確認(rèn)這三種晶體相都具有直接帶隙，并且 Eg(a) <Eg(i3) < Eg(Y)0鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的三碘化銫錫CsSnI3及其衍生化合物均具有與太陽光譜非常匹配的直接帶隙(1.3eV至1.4eV)，其合成原材料在自然界大量存在、無毒且便于加工。由于強(qiáng)激子相互作用，該材料的光吸收系數(shù)很大，在室溫下幾乎可以吸收全部的太陽光子。三碘化銫錫CsSnI3及其衍生化合物中的元素融化溫度相近，易形成類似單晶體的材料結(jié)構(gòu)，并且CsSnI3薄膜可用簡單的物理和化學(xué)法來制備。值得注意的是，CsSnI3的熒光發(fā)光峰在950納米附近，與其寬吸收帶(小于930納米)分開，所以CsSnI3可作為一種具有較大潛力的聚光太陽能電池材料，可將CsSnI3置于光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)中此類熒光聚光結(jié)構(gòu)來設(shè)計制成一種新型的熒光聚光器來提高吸收峰在950納米左右的太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。而目前太陽能電池領(lǐng)域所使用的太陽能電池本地裝置安裝復(fù)雜，異地傳輸轉(zhuǎn)化效率低，成本需求也大。公告日為2011年I月5日、公告號為CN101498813B的專利文件公開了一種晶圓級光波導(dǎo)及其制造方法，利用半導(dǎo)體集成電路制造工藝，能夠制造出接觸面光滑、厚度均勻且端面為任意角度鏡面的微米級光波導(dǎo)。該光波導(dǎo)一定程度上降低了成本，采用的仍為傳統(tǒng)材料，太陽能電池本地裝置安裝復(fù)雜，光電傳輸轉(zhuǎn)化效率仍然不高。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決太陽能電池本地裝置安裝復(fù)雜而異地傳輸轉(zhuǎn)化效率低的問題，本發(fā)明提出了一種基于三碘化銫錫的光波導(dǎo)熒光聚光結(jié)構(gòu)，吸收寬頻太陽光后放出單一波長的熒光，傳輸至異地太陽能電池轉(zhuǎn)化可得到低成本和較高光電轉(zhuǎn)化效率的新型太陽能電池，可簡化太陽能電池本地裝置，更高效，更穩(wěn)定，使用壽命更長。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種基于三碘化銫錫的光波導(dǎo)熒光聚光結(jié)構(gòu)，包括基片、鏡面反射層、內(nèi)層分光薄膜、三碘化銫錫層和外層分光薄膜，所述的鏡面反射層設(shè)置在基片上，所述的內(nèi)層分光薄膜設(shè)置在鏡面反射層上，所述的三碘化銫錫層設(shè)置在內(nèi)層分光薄膜上，所述的外層分光薄膜設(shè)置在三碘化銫錫層上，三碘化銫錫層由三碘化銫錫或三碘化銫錫的衍生化合物組成。本發(fā)明采用三碘化銫錫或其衍生物作為光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的材料，三碘化銫錫層受到太陽光輻照后發(fā)出950納米的熒光，從而可通過改變各種光波導(dǎo)合成和匹配參數(shù)等條件來優(yōu)化光吸收和反射的各種光電參數(shù)，可以輕易地將太陽光能量轉(zhuǎn)化為單一波長并傳輸至異地以建造低成本和較高光電轉(zhuǎn)化效率的新型太陽能電池結(jié)構(gòu)，更高效，更穩(wěn)定，使用壽命更長。其中，三碘化銫錫的衍生化合物主要是指鹵素?fù)诫s的三碘化銫錫，例如:氟摻雜的三碘化銫錫(CsSnI3_xFx)，其中O < X < 3。三碘化銫錫及其衍生化合物在自然界大量存在、無毒且便于加工，是具有極大潛力的聚光太陽能電池材料。作為優(yōu)選，所述的基片為玻璃、金屬箔片、柔性有機(jī)聚合物、硅片或陶瓷片。本發(fā)明的基片選擇范圍寬，無特殊限制。作為優(yōu)選，所述的鏡面反射層為金屬，鏡面反射層的厚度為5納米至I微米。鏡面反射層可采用各種金屬材料，如銀、鋁、錫和鉬等。鏡面反射層反射透過光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的太陽光，提高太陽光的利用率。作為優(yōu)選，所述三碘化銫錫層的厚度為100納米至2微米。作為優(yōu)選，所述的內(nèi)層分光薄膜和外層分光薄膜由二氧化硅、氮化硅、氟化鎂或氧化鎂組成。作為進(jìn)一步的優(yōu)選，所述內(nèi)層分光薄膜和外層分光薄膜的厚度為10納米至I微米。分光薄膜要求對300至900納米波長的光透過，對950納米波長的光全反射，使三碘化銫錫的熒光被限制在兩層分光薄膜之間，形成光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。—種基于三碘化銫錫的光波導(dǎo)突光聚光結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于:包括如下步驟:
(a)制備基片；
(b)在基片上鍍制鏡面反射層；
(c)在鏡面反射層上鍍制內(nèi)層分光薄膜；
(d)在內(nèi)層分光薄膜上鍍制三碘化銫錫層；
Ce)在三碘化銫錫層上鍍制外層分光薄膜。作為優(yōu)選，所述的步驟(b)中，所述的鏡面反射層的鍍制方法為真空熱蒸發(fā)或真空濺射。作為優(yōu)選，所述的步驟(d)中，所述的三碘化銫錫層的鍍制方法為電沉積、化學(xué)水熱法、化學(xué)水浴法、真空熱蒸發(fā)、真空濺射、滴涂、旋涂或超聲噴印。作為優(yōu)選，所述的步驟(C)中，所述的內(nèi)層分光薄膜的鍍制方法為真空熱蒸發(fā)或真空濺射。作為優(yōu)選，所述的步驟(e)中，所述的外層分光薄膜的鍍制方法為真空熱蒸發(fā)或真空濺射。本發(fā)明的有益效果是:可通過改變各種光波導(dǎo)合成和匹配參數(shù)等條件來優(yōu)化光吸收和反射的各種光電參數(shù)，吸收寬頻太陽光后放出單一波長的熒光，并傳輸至異地太陽能電池轉(zhuǎn)化以得到低成本和較高光電轉(zhuǎn)化效率的新型太陽能電池，更高效，更穩(wěn)定，使用壽命更長。


圖1是本發(fā)明的一種結(jié)構(gòu)示意圖。圖中，1-基片，2-鏡面反射層，3-三碘化銫錫層，4-內(nèi)層分光薄膜，5-外層分光薄膜。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。如圖1所示，一種基于三碘化銫錫的光波導(dǎo)熒光聚光結(jié)構(gòu)，為五層的條形結(jié)構(gòu)，從下到上依次為基片1、鏡面反射層2、內(nèi)層分光薄膜4、三碘化銫錫層3和外層分光薄膜5，基片I上鍍制有鏡面反射層2，在鏡面反射層2上鍍制有內(nèi)層分光薄膜4，在內(nèi)層分光薄膜4上鍍制有三碘化銫錫層3，在三碘化銫錫層3上鍍制有外層分光薄膜5。實施例1
基片I為金屬箔片，鏡面反射層2為銀，鏡面反射層2的厚度為10納米，三碘化銫錫層3的成分為三碘化銫錫(CsSnI3),三碘化銫錫層3的厚度為100納米，內(nèi)層分光薄膜4和外層分光薄膜5的成分均為二氧化硅，內(nèi)層分光薄膜4和外層分光薄膜5的厚度均為100納米。制備方法為:制備基片I ;通過真空熱蒸發(fā)法在基片I上鍍制鏡面反射層2 ;通過真空熱蒸發(fā)法在鏡面反射層2上鍍制內(nèi)層分光薄膜4，使內(nèi)層分光薄膜4在鏡面反射層2上方逐漸凝結(jié)成形；通過電沉積法在內(nèi)層分光薄膜4上鍍制三碘化銫錫層3，使三碘化銫錫層3在內(nèi)層分光薄膜4上方逐漸凝結(jié)成形；通過真空熱蒸發(fā)法在三碘化銫錫層3上鍍制外層分光薄膜5，使外層分光薄膜5在三碘化銫錫層3上方逐漸凝結(jié)成形。實施例2
基片I為玻璃片，鏡面反射層2為錫，鏡面反射層2的厚度為5納米，三碘化銫錫層3的成分為氟摻雜的三碘化銫錫(CsSnI2F),三碘化銫錫層3的厚度為100納米，內(nèi)層分光薄膜4和外層分光薄膜5均由氮化娃制成，內(nèi)層分光薄膜4和外層分光薄膜5的厚度均為10納米。制備方法為:制備基片I ;通過真空熱蒸發(fā)法在基片I上鍍制鏡面反射層2 ;通過真空熱蒸發(fā)法在鏡面反射層2上鍍制內(nèi)層分光薄膜4，使內(nèi)層分光薄膜4在鏡面反射層2上方逐漸凝結(jié)成形；通過化學(xué)水熱法在內(nèi)層分光薄膜4上鍍制三碘化銫錫層3，使三碘化銫錫層3在內(nèi)層分光薄膜4上方逐漸凝結(jié)成形；通過真空熱蒸發(fā)法在三碘化銫錫層3上鍍制外層分光薄膜5，使外層分光薄膜5在三碘化銫錫層3上方逐漸凝結(jié)成形。實施例3
基片I為硅片，鏡面反射層2為鋁，鏡面反射層2的厚度為100納米，三碘化銫錫層3的成分為氟摻雜的三碘化銫錫(CsSnIF2),三碘化銫錫層3的厚度為500納米，內(nèi)層分光薄膜4和外層分光薄膜5均由氟化鎂制成，內(nèi)層分光薄膜4和外層分光薄膜5的厚度均為100納米。
制備方法為:制備基片I ;通過真空熱蒸發(fā)法在基片I上鍍制鏡面反射層2 ;通過真空濺射法在鏡面反射層2上鍍制內(nèi)層分光薄膜4，使內(nèi)層分光薄膜4在鏡面反射層2上方逐漸凝結(jié)成形；通過電沉積法在內(nèi)層分光薄膜4上鍍制三碘化銫錫層3，使三碘化銫錫層3在內(nèi)層分光薄膜4上方逐漸凝結(jié)成形；通過真空濺射法在三碘化銫錫層3上鍍制外層分光薄膜5，使外層分光薄膜5在三碘化銫錫層3上方逐漸凝結(jié)成形。實施例4
基片I為陶瓷片，鏡面反射層2為鉬，鏡面反射層2的厚度為I微米，三碘化銫錫層3的成分為三碘化銫錫(CsSnI3),三碘化銫錫層3的厚度為2微米，內(nèi)層分光薄膜4和外層分光薄膜5均由氧化鎂制成，內(nèi)層分光薄膜4和外層分光薄膜5的厚度均為I微米。制備方法為:制備基片I ;通過真空熱蒸發(fā)法在基片I上鍍制鏡面反射層2 ;通過真空熱蒸發(fā)法在鏡面反射層2上鍍制內(nèi)層分光薄膜4，使內(nèi)層分光薄膜4在鏡面反射層2上方逐漸凝結(jié)成形；通過化學(xué)水浴法在內(nèi)層分光薄膜4上鍍制三碘化銫錫層3，使三碘化銫錫層3在內(nèi)層分光薄膜4上方逐漸凝結(jié)成形；通過真空熱蒸發(fā)法在三碘化銫錫層3上鍍制外層分光薄膜5，使外層分光薄膜5在三碘化銫錫層3上方逐漸凝結(jié)成形。實施例5
基片I為柔性有機(jī)聚合物，鏡面反射層2為鉬，鏡面反射層2的厚度為200納米，三碘化銫錫層3的成分為三碘化銫錫(CsSnI3),三碘化銫錫層3的厚度為I微米，內(nèi)層分光薄膜4和外層分光薄膜5均由氧化鎂制成，內(nèi)層分光薄膜4和外層分光薄膜5的厚度均為200納米。制備方法為:制備基片I ;通過真空濺射法在基片I上鍍制鏡面反射層2 ;通過真空濺射法在鏡面反射層2上鍍制內(nèi)層分光薄膜4，使內(nèi)層分光薄膜4在鏡面反射層2上方逐漸凝結(jié)成形；通過超聲噴印法在內(nèi)層分光薄膜4上鍍制三碘化銫錫層3，使三碘化銫錫層3在內(nèi)層分光薄膜4上方逐漸凝結(jié)成形；通過真空濺射法在三碘化銫錫層3上鍍制外層分光薄膜5，使外層分光薄膜5在三碘化銫錫層3上方逐漸凝結(jié)成形。實施例6
基片I為硅片，鏡面反射層2為鋁，鏡面反射層2的厚度為100納米，三碘化銫錫層3的成分為氟摻雜的三碘化銫錫(CsSnI2F),三碘化銫錫層3的厚度為500納米，內(nèi)層分光薄膜4和外層分光薄膜5均由氮化娃制成，內(nèi)層分光薄膜4和外層分光薄膜5的厚度均為200納米。制備方法為:制備基片I ;通過真空熱蒸發(fā)法在基片I上鍍制鏡面反射層2 ;通過真空濺射法在鏡面反射層2上鍍制內(nèi)層分光薄膜4，使內(nèi)層分光薄膜4在鏡面反射層2上方逐漸凝結(jié)成形；通過真空熱蒸發(fā)法在內(nèi)層分光薄膜4上鍍制三碘化銫錫層3，使三碘化銫錫層3在內(nèi)層分光薄膜4上方逐漸凝結(jié)成形；通過真空濺射法在三碘化銫錫層3上鍍制外層分光薄膜5，使外層分光薄膜5在三碘化銫錫層3上方逐漸凝結(jié)成形。實施例7 基片I為硅片，鏡面反射層2為鋁，鏡面反射層2的厚度為300納米，三碘化銫錫層3的成分為氟摻雜的三碘化銫錫(CsSnI2F),三碘化銫錫層3的厚度為2微米，內(nèi)層分光薄膜4和外層分光薄膜5均由氟化鎂制成，內(nèi)層分光薄膜4和外層分光薄膜5的厚度均為200納米。
制備方法為:制備基片I ;通過真空熱蒸發(fā)法在基片I上鍍制鏡面反射層2 ;通過真空濺射法在鏡面反射層2上鍍制內(nèi)層分光薄膜4，使內(nèi)層分光薄膜4在鏡面反射層2上方逐漸凝結(jié)成形；通過滴涂法在內(nèi)層分光薄膜4上鍍制三碘化銫錫層3，使三碘化銫錫層3在內(nèi)層分光薄膜4上方逐漸凝結(jié)成形；通過真空濺射法在三碘化銫錫層3上鍍制外層分光薄膜5，使外層分光薄膜5在三碘化銫錫層3上方逐漸凝結(jié)成形。實施例8
基片I為硅片，鏡面反射層2為鋁，鏡面反射層2的厚度為30納米，三碘化銫錫層3的成分為氟摻雜的三碘化銫錫(CsSnIF2),三碘化銫錫層3的厚度為250納米，內(nèi)層分光薄膜4和外層分光薄膜5均由氟化鎂制成，內(nèi)層分光薄膜4和外層分光薄膜5的厚度均為100納米。制備方法為:制備基片I ;通過真空熱蒸發(fā)法在基片I上鍍制鏡面反射層2 ;通過真空濺射法在鏡面反射層2上鍍制內(nèi)層分光薄膜4，使內(nèi)層分光薄膜4在鏡面反射層2上方逐漸凝結(jié)成形；通過旋涂法在內(nèi)層分光薄膜4上鍍制三碘化銫錫層3，使三碘化銫錫層3在內(nèi)層分光薄膜4上方逐漸凝結(jié)成形；通過真空濺射法在三碘化銫錫層3上鍍制外層分光薄膜5，使外層分光薄膜5在三碘化銫錫層3上方逐漸凝結(jié)成形。本發(fā)明使用中，三碘化銫錫層3受到太陽光輻照后發(fā)出950納米的熒光，分光薄膜對波長300至900納米的光透過，對波長950納米的光全反射，使三碘化銫錫的熒光被限制在內(nèi)層分光薄膜4和外層分光薄膜5之間，形成光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。而鏡面反射層2將透過光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的太陽光反射回光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，提高太陽光的利用率。如此，利用本發(fā)明傳輸，可以輕易地將太陽光能量轉(zhuǎn)化為單一波長并傳輸至異地以建造低成本和較高光電轉(zhuǎn)化效率的新型太陽能電池結(jié)構(gòu)，從而也簡化了太陽能電池的本地裝置。以上實施例，只是本發(fā)明優(yōu)選的具體實施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員在本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)進(jìn)行的通常變化和替 換都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種基于三碘化銫錫的光波導(dǎo)熒光聚光結(jié)構(gòu)，其特征在于:包括基片、鏡面反射層、內(nèi)層分光薄膜、三碘化銫錫層和外層分光薄膜，所述的鏡面反射層設(shè)置在基片上，所述的內(nèi)層分光薄膜設(shè)置在鏡面反射層上，所述的三碘化銫錫層設(shè)置在內(nèi)層分光薄膜上，所述的外層分光薄膜設(shè)置在三碘化銫錫層上，三碘化銫錫層由三碘化銫錫或三碘化銫錫的衍生化合物組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于三碘化銫錫的光波導(dǎo)熒光聚光結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的鏡面反射層為金屬，鏡面反射層的厚度為5納米至I微米。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于三碘化銫錫的光波導(dǎo)熒光聚光結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述三碘化銫錫層的厚度為100納米至2微米。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于三碘化銫錫的光波導(dǎo)熒光聚光結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的內(nèi)層分光薄膜和外層分光薄膜由二氧化硅、氮化硅、氟化鎂或氧化鎂組成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的基于三碘化銫錫的光波導(dǎo)熒光聚光結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述內(nèi)層分光薄膜和外層分光薄膜的厚度均為10納米至I微米。
6.一種基于三碘化銫錫的光波導(dǎo)熒光聚光結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于:包括如下步驟: (a)制備基片； (b)在基片上鍍制鏡面反射層； (c)在鏡面反射層上鍍制內(nèi)層分光薄膜； (d)在內(nèi)層分光薄膜上鍍制三碘化銫錫層； Ce)在三碘化銫錫層上鍍制外層分光薄膜。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于三碘化銫錫的光波導(dǎo)熒光聚光結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于:所述的步驟(b)中，所述的鏡面反射層的鍍制方法為真空熱蒸發(fā)或真空濺射。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于三碘化銫錫的光波導(dǎo)熒光聚光結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于:所述的步驟(d)中，所述的三碘化銫錫層的鍍制方法為電沉積、化學(xué)水熱法、化學(xué)水浴法、真空熱蒸發(fā)、真空濺射、滴涂、旋涂或超聲噴印。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于三碘化銫錫的光波導(dǎo)熒光聚光結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于:所述的步驟(C)中，所述的內(nèi)層分光薄膜的鍍制方法為真空熱蒸發(fā)或真空濺射。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于三碘化銫錫的光波導(dǎo)熒光聚光結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于:所述的步驟(e)中，所述的外層分光薄膜的鍍制方法為真空熱蒸發(fā)或真空濺射。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于三碘化銫錫的光波導(dǎo)熒光聚光結(jié)構(gòu)，包括基片、鏡面反射層、內(nèi)層分光薄膜、三碘化銫錫層和外層分光薄膜，所述的鏡面反射層設(shè)置在基片上，所述的內(nèi)層分光薄膜設(shè)置在鏡面反射層上，所述的三碘化銫錫層設(shè)置在內(nèi)層分光薄膜上，所述的外層分光薄膜設(shè)置在三碘化銫錫層上，三碘化銫錫層由三碘化銫錫或三碘化銫錫的衍生化合物組成，并公開了其制備方法。本發(fā)明吸收寬頻太陽光后放出單一波長的熒光，傳輸至異地太陽能電池轉(zhuǎn)化可得到低成本和較高光電轉(zhuǎn)化效率的新型太陽能電池，可簡化太陽能電池本地裝置，更高效，更穩(wěn)定，使用壽命更長。
文檔編號H01L31/052GK103117320SQ20131002517
公開日2013年5月22日 申請日期2013年1月24日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月24日
發(fā)明者任宇航, 沈凱, 張進(jìn) 申請人:尚越光電科技有限公司