專利名稱：基于三碘化銫錫的熒光聚光太陽能電池及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及太陽能能源領域，尤其是指一種基于三碘化銫錫的熒光聚光太陽能電池及其制備方法。
背景技術：
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置于光波導結(jié)構(gòu)中來設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。此類熒光聚光結(jié)構(gòu)將具有廣闊的市場前景、強大的經(jīng)濟效益，而且太陽能發(fā)電產(chǎn)生的環(huán)保效應和社會效益則是巨大的。而目前太陽能電池領域所使用的太陽能電池，即便采用了熒光聚光器，仍存在種種局限性，比如生產(chǎn)成本高、運行效率低以及耐用性差，而且很多電池的原料為有毒而稀缺的物質(zhì)。
公開日為2011年I月19日、公開號為CN101951189A的專利文件提出了一種大面積熒光聚光太陽能電池系統(tǒng)及其制造方法，該發(fā)電系統(tǒng)包括至少一個含有或不含有反射層的熒光聚光器，以及在熒光聚光器的特定區(qū)域上具有散射點形成的導光板和安裝在導光板上的太陽能電池及其組合。該發(fā)明在受光面積較大的熒光聚光器的特定區(qū)域上制作了發(fā)光面積較小的導光板，但是該發(fā)明使用的依然為傳統(tǒng)材料和制作方法，故在生產(chǎn)成本和光電轉(zhuǎn)化效率上仍具有一定的缺陷，單頻率波長光電轉(zhuǎn)化效率高而寬帶吸收光電轉(zhuǎn)化效率低。
發(fā)明內(nèi)容
為了解決大多數(shù)太陽能電池單頻率波長光電轉(zhuǎn)化效率高而寬帶吸收光電轉(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熒光聚光太陽能電池，可通過改變各種光波導合成和匹配參數(shù)等條件來優(yōu)化光吸收和反射的各種光電參數(shù)，使普通太陽能電池光電轉(zhuǎn)化效率得到進一步提升，更高效，更穩(wěn)定，使用壽命更長。本發(fā)明所采用的技術方案是:一種熒光聚光太陽能電池，包括太陽能電池片、三碘化銫錫層和分光薄膜，所述的三碘化銫錫層設置在太陽能電池片上，所述的分光薄膜設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)明在太陽能電池片和分光薄膜之間鍍制三碘化銫錫層，構(gòu)成一種新型的熒光聚光器，三碘化銫錫層受太陽光輻照，吸收寬頻譜的太陽光后發(fā)出950納米左右的熒光，分光薄膜將熒光全部匯聚到太陽能電池片的表面，使三碘化銫錫層發(fā)出的熒光只能被太陽能電池片吸收，不會因散射而損失，使950納米左右的熒光達到最大的利用效率。其中，三碘化銫錫層由三碘化銫錫組成或三碘化銫錫的衍生化合物組成。這里三碘化銫錫的衍生化合物主要是指鹵素摻雜的三碘化銫錫，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，所述三碘化銫錫層的厚度為100納米至2微米。三碘化銫錫層受到太陽光輻照后發(fā)出950納米的熒光，而100納米至2微米為三碘化銫錫層充分吸收太陽光并
發(fā)出熒光的最佳厚度。作為優(yōu)選，所述的分光薄膜由二氧化硅、氮化硅、氟化鎂或氧化鎂組成。二氧化硅(S i O2)薄膜、氮化硅(S i 3N4)薄膜、氟化鎂(MgF2)薄膜、氧化鎂(MgO )薄膜均具有良好的硬度、光學、介電性質(zhì)及耐磨、抗蝕等特性，起到有效的分光效果。分光薄膜要求對波長950納米的三碘化銫錫所發(fā)熒光全反射，使三碘化銫錫發(fā)出的熒光只能被太陽能電池片吸收，不會因散射而損失，使波長950納米的熒光達到最大的利用效率。作為進一步的優(yōu)選，所述分光薄膜的厚度為10納米至I微米。分光薄膜要求對波長300至900納米的光透過，對波長950納米的光全反射，10納米至I微米為分光薄膜的最
佳厚度。一種基于三碘化銫錫的熒光聚光太陽能電池的制備方法，包括如下步驟:
(a)制備太陽能電池片；
(b)在太陽能電池片上鍍制三碘化銫錫層；
(c)在三碘化銫錫層上鍍制分光薄膜。作為優(yōu)選，所述的步驟(b)中，所述的三碘化銫錫層的鍍制方法為電沉積、化學水熱法、化學水浴法、真空熱蒸發(fā)、真空濺射、滴涂、旋涂或超聲噴印，使三碘化銫錫層在太陽能電池片上方凝結(jié)成形。作為優(yōu)選，所述的步驟(C)中，所述的分光薄膜的鍍制方法為真空熱蒸發(fā)或真空濺射，使分光薄膜在三碘化銫錫層上方凝結(jié)成形。本發(fā)明的有益效果是:可通過改變各種光波導合成和匹配參數(shù)等條件來優(yōu)化光吸收和反射的各種光電參數(shù)，使普通太陽能電池光電轉(zhuǎn)化效率得到進一步提升。
圖1是本發(fā)明的一種結(jié)構(gòu)示意圖。圖中，1-太陽能電池片，2-三碘化銫錫層，3-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)明作進一步的詳細說明。如圖1所示，一種熒光聚光太陽能電池，為三層的片狀結(jié)構(gòu)，從下到上依次為太陽能電池片1、三碘化銫錫層2和分光薄膜3，三碘化銫錫層2鍍制在太陽能電池片I上，分光薄膜3鍍制在三碘化銫錫層2上。實施例1
太陽能電池片1為單晶 硅太陽能電池片，三碘化銫錫層2的成分為三碘化銫錫(CsSnI3),三碘化銫錫層2的厚度為200納米，分光薄膜3的成分為二氧化硅，分光薄膜3的厚度為10納米。制備方法為:制備太陽能電池片I ;通過旋涂法在太陽能電池片I上鍍制厚度為200納米的三碘化銫錫層2，使三碘化銫錫層2在太陽能電池片I上方逐漸凝結(jié)成形；通過真空濺射法在三碘化銫錫層2上鍍制厚度為10納米的分光薄膜3，使分光薄膜3在三碘化銫錫層2上方逐漸凝結(jié)成形。實施例2
太陽能電池片I為多晶硅太陽能電池片，三碘化銫錫層2的成分為氟摻雜的三碘化銫錫(CsSnI2F),三碘化銫錫層2的厚度為300納米，分光薄膜3的成分為氮化硅，分光薄膜3的厚度為10納米。制備方法為:制備太陽能電池片I ;通過滴涂法在太陽能電池片I上鍍制厚度為300納米的三碘化銫錫層2，使三碘化銫錫層2在太陽能電池片I上方逐漸凝結(jié)成形；通過真空濺射法在三碘化銫錫層2上鍍制厚度為10納米的分光薄膜3，使分光薄膜3在三碘化銫錫層2上方逐漸凝結(jié)成形。實施例3
太陽能電池片1為銅銦鎵硒太陽能電池片，三碘化銫錫層2的成分為氟摻雜的三碘化銫錫(CsSnIF2),三碘化銫錫層2的厚度為500納米，分光薄膜3的成分為氟化鎂，分光薄膜3的厚度為10納米。制備方法為:制備太陽能電池片I ;通過化學水熱法在太陽能電池片I上鍍制厚度為500納米的三碘化銫錫層2，使三碘化銫錫層2在太陽能電池片I上方逐漸凝結(jié)成形；通過真空濺射法在三碘化銫錫層2上鍍制厚度為10納米的分光薄膜3，使分光薄膜3在三碘化銫錫層2上方逐漸凝結(jié)成形。實施例4
太陽能電池片1為銅銦錫太陽能電池片，三碘化銫錫層2的成分為三碘化銫錫(CsSnI3),三碘化銫錫層2的厚度為2微米，分光薄膜3的成分為二氧化硅，分光薄膜3的厚度為I微米。制備方法為:制備太陽能電池片I ;通過化學水浴法在太陽能電池片I上鍍制厚度為2微米的三碘化銫錫層2，使三碘化銫錫層2在太陽能電池片I上方逐漸凝結(jié)成形；通過真空濺射法在三碘化銫錫層2上鍍制厚度為I微米的分光薄膜3，使分光薄膜3在三碘化銫錫層2上方逐漸凝結(jié)成形。實施例5太陽能電池片I為單晶硅太陽能電池片，三碘化銫錫層2的成分為三碘化銫錫(CsSnI3),三碘化銫錫層2的厚度為200納米，分光薄膜3的成分為二氧化硅，分光薄膜3的厚度為10納米。制備方法為:制備太陽能電池片I ;通過電沉積法在太陽能電池片I上鍍制厚度為200納米的三碘化銫錫層2，使三碘化銫錫層2在太陽能電池片I上方逐漸凝結(jié)成形；通過真空濺射法在三碘化銫錫層2上鍍制厚度為10納米的分光薄膜3，使分光薄膜3在三碘化銫錫層2上方逐漸凝結(jié)成形。實施例6
太陽能電池片I為多晶硅太陽能電池片，三碘化銫錫層2的成分為氟摻雜的三碘化銫錫(CsSnI2F),三碘化銫錫層2的厚度為300納米，分光薄膜3的成分為氮化硅，分光薄膜3的厚度為10納米。制備方法為:制備太陽能電池片I ;通過超聲噴印法在太陽能電池片I上鍍制厚度為300納米的三碘化銫錫層2，使三碘化銫錫層2在太陽能電池片I上方逐漸凝結(jié)成形；通過真空濺射法在三碘化銫錫層2上鍍制厚度為10納米的分光薄膜3，使分光薄膜3在三碘化銫錫層2上方逐漸凝結(jié)成形。實施例7
太陽能電池片I為銅銦鎵硒太陽能電池片，三碘化銫錫層2的成分為氟摻雜的三碘化銫錫(CsSnIF2),三碘化銫錫層2的厚度為500納米，分光薄膜3的成分為氟化鎂，分光薄膜3的厚度為10納米。制備方法為:制備太陽能電池片I ;通過真空濺射法在太陽能電池片I上鍍制厚度為500納米的三碘化銫錫層2，使三碘化銫錫層2在太陽能電池片I上方逐漸凝結(jié)成形；通過真空濺射法在三碘化銫錫層2上鍍制厚度為10納米的分光薄膜3，使分光薄膜3在三碘化銫錫層2上方逐漸凝結(jié)成形。實施例8
太陽能電池片I為銅銦錫太陽能電池片，三碘化銫錫層2的成分為三碘化銫錫(CsSnI3),三碘化銫錫層2的厚度為I微米，分光薄膜3的成分為二氧化硅，分光薄膜3的厚度為50納米。制備方法為:制備太陽能電池片I ;通過真空熱蒸發(fā)法在太陽能電池片I上鍍制厚度為I微米的三碘化銫錫層2，使三碘化銫錫層2在太陽能電池片I上方逐漸凝結(jié)成形；通過真空濺射法在三碘化銫錫層2上鍍制厚度為50納米的分光薄膜3，使分光薄膜3在三碘化銫錫層2上方逐漸凝結(jié)成形。本發(fā)明使用中，三碘化銫錫層2受太陽光輻照，吸收寬頻譜的太陽光后會發(fā)出波長950納米左右的熒光；分光 薄膜3對波長300至900納米的光透過，對波長950納米的光全反射，從而將熒光全部匯聚到太陽能電池片I的表面，使三碘化銫錫層2發(fā)出的熒光只能被太陽能電池片I吸收，不會因散射而損失，使波長950納米左右的熒光達到最大的利用效率。以上實施例，只是本發(fā)明優(yōu)選的具體實施例，本領域技術人員在本發(fā)明技術方案范圍內(nèi)進行的通常變化和替換都包含在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
權利要求
1.一種基于三碘化銫錫的熒光聚光太陽能電池，其特征在于:包括太陽能電池片、三碘化銫錫層和分光薄膜，所述的三碘化銫錫層設置在太陽能電池片上，所述的分光薄膜設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)權利要求1所述的基于三碘化銫錫的熒光聚光太陽能電池，其特征在于:所述三碘化銫錫層的厚度為100納米至2微米。
3.根據(jù)權利要求1所述的基于三碘化銫錫的熒光聚光太陽能電池，其特征在于:所述的分光薄膜由二氧化硅、氮化硅、氟化鎂或氧化鎂組成。
4.根據(jù)權利要求1或3所述的基于三碘化銫錫的熒光聚光太陽能電池，其特征在于:所述分光薄膜的厚度為10納米至I微米。
5.一種基于三碘化銫錫的熒光聚光太陽能電池的制備方法，其特征在于:包括如下步驟: (a)制備太陽能電池片； (b)在太陽能電池片上鍍制三碘化銫錫層； (c)在三碘化銫錫層上鍍制分光薄膜。
6.根據(jù)權利要求5所述的基于三碘化銫錫的熒光聚光太陽能電池的制備方法，其特征在于:所述的步驟(b)中，所述的三碘化銫錫層的鍍制方法為電沉積、化學水熱法、化學水浴法、真空熱蒸發(fā)、真空濺射、滴涂、旋涂或超聲噴印。
7.根據(jù)權利要求5所述的基于三碘化銫錫的熒光聚光太陽能電池的制備方法，其特征在于:所述的步驟(C)中，所述的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熒光聚光太陽能電池，熒光聚光太陽能電池包括太陽能電池片、三碘化銫錫層和分光薄膜，所述的三碘化銫錫層設置在太陽能電池片上，所述的分光薄膜設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)明可通過改變各種光波導合成和匹配參數(shù)等條件來優(yōu)化光吸收和反射的各種光電參數(shù)，使普通太陽能電池光電轉(zhuǎn)化效率得到進一步提升，更高效，更穩(wěn)定，使用壽命更長。
文檔編號H01L31/18GK103094393SQ20131002517
公開日2013年5月8日 申請日期2013年1月24日 優(yōu)先權日2013年1月24日
發(fā)明者任宇航, 沈凱, 張進 申請人:尚越光電科技有限公司