光谱转换材料、转光层材料、复合膜与太阳能电池制造技术

技术编号:12032825 阅读:93 留言:0更新日期:2015-09-10 20:32
本发明专利技术提供了一种稀土光谱转换材料,本申请还提供了一种转光层材料,其包括:如式(Ⅰ)所示的无机稀土光谱转换材料、如式(Ⅱ)所示的有机稀土光谱转换材料与载体材料。本申请转光层材料中的无机稀土光谱转换材料同时具有上转换和下转换发光特性,能够吸收紫外光和红外光,转换为可见光,且有机稀土光谱转换材料具有量子产率高、光谱与晶硅太阳能电池光谱响应匹配好的优点,因此由转光层材料形成的复合膜应用于太阳能电池上,提高了太阳能电池的光电转换效率;SrAl2O4:Eu2+x,Dy3+y(Ⅰ);Eu(TTA)3Phen(Ⅱ)。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及太阳能电池材料
,尤其涉及光谱转换材料、转光层材料、复合膜与太阳能电池
技术介绍
可持续绿色能源是未来开发新能源的重点,太阳能是一种可再生能源。我国太阳能资源丰富,积极开发利用太阳能,推进光伏发电可有效缓解能源危机、大气污染等。但是太阳能电池光电转换效率低,如晶硅太阳能电池,其理论光电转换效率仅为31 %。由于电池的能带结构和太阳光谱不匹配,太阳能电池光谱响应范围约为300?llOOnm,而在紫外波段和红外波段响应度非常低,几近于零。为了提高光电转换效率,研宄者将研宄方向集中在如何使太阳能电池全谱吸收入射太阳光而转化为电。稀土元素中具有较强上转换发光和下转换发光的离子较多,如铈、镨、钐、铕、铽和镝稀土元素具有下转换发光特性;而钬、铒、铥和镱具有上转换发光特性。因此通过选择适当的基质材料或配体,可以实现较好的上下转换发光,得到新性能的材料。稀土光谱转换材料通过选择合适的稀土离子和基质并优化化学配比,可以吸收波长低于300nm和高于IlOOnm的太阳光,并转换为可见光,从而提高电池的光电转换效率。SrAl2O4=Eu 2+,Dy3+稀土光谱转换材料是1996年发现的,该种材料可采用多种方法制备,例如固相反应法、共沉淀法、燃烧法、溶胶-凝胶法等。一般制备原料都是Eu3+,为了得到Eu2+,可使用氢气、一氧化碳、活性炭和氨气等还原剂。SrAl2O4=Eu 2+,Dy3+稀土光谱转换材料同时具有上转换和下转换发光特性,但是作为光谱转换材料用于太阳能电池上并有效提高光电转换效率鲜见报道。李伟等人用0.5mol % TTFA:Eu3++0.5mol % PHBA:Tb3+作为活性组分,正硅酸乙酯、γ-缩水甘油醚丙基三甲氧基硅烷、无水乙醇和水为原料,按teos:gptms:c2h5oh:h2o =1:1:8:8.比例成膜后作为电池的减反膜,对薄膜硅太阳能电池的效率具有提升作用。赵曙辉等人用新的合成方法合成了稀土配合物Eu(TTA)3Phentl研宄了该配合物的11?、^、16八、元素分析和荧光光谱。该配合物具有良好的发光性能和热稳定性。采用加热方法将Eu(TTA)3Phen掺入PMMA树脂中,制成发光塑料树脂,并测定其发光性能。结果表明,Eu(TTA)3Phen掺入PMMA树脂后仍保持该稀土配合物原有的发光特性,制成的Eu (TTA) 3Phen-PMMA树脂复合材料具有良好的发光性能,其发光强度与Eu (TTA) 3Phen掺入的含量有关。M.Kennedy et al.利用Eu (TTA) 3Phen络合物具有大的斯托克斯迀移的特点作为染料敏化太阳能电池(DSSC)的紫外阻挡层来提高其稳定性,将Eu(TTA)3Phen络合物与聚乙烯醇缩丁醛(PVB)成膜后,不但提高了染料敏化太阳能电池的稳定性,而且还提高了电池的短路电流。转光层由光谱转换材料及其载体材料组成。光谱转换材料可以是有机材料,也可以是无机材料。利用光谱转换材料的特性可以实现转光层的下转换或上转换方式,将太阳能电池不能有效响应的紫外光或红外光转换为电池能够有效响应的可见光,从而提高电池的光电转换效率。由此,本申请提供了一种转光层材料以提高太阳能电池的光电转换效率。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题在于提供一种能够提高太阳能电池光电转换效率的转光层材料。有鉴于此,本申请提供了一种光谱转换材料,包括:如式(I )所示的无机稀土光谱转换材料与如式(II )所示的有机稀土光谱转换材料,所述无机稀土光谱转换材料与有机稀土光谱转换材料的质量比为1:200?16:1 ;SrAl2O4=Eu 2+x, Dy3+y(I);Eu(TTA)3Phen( II );其中,0.01 彡 X 彡 0.06,0.005 彡 y 彡 0.04。本申请还提供了一种转光层材料,包括:如式(I )所示的无机稀土光谱转换材料、如式(II )所示的有机稀土光谱转换材料和载体材料;SrAl2O4=Eu 2+x, Dy3+y(I);Eu(TTA)3Phen( II );其中,0.01 彡 X 彡 0.06,0.005 彡 y 彡 0.04。优选的,所述转光层材料还包括添加剂,所述添加剂选自聚氨酯环氧树脂、纤维素、脂肪族胺、脂环族胺和聚合物类环氧树脂中的一种或多种;所述载体材料为聚甲基丙烯酸甲酯或聚醋酸乙烯酯。优选的,所述无机稀土光谱转换材料的含量为0.05wt%? 8wt%,有机稀土光谱转换材料的含量为0.5wt %?1wt %,添加剂的含量为0.02wt %?5wt %,载体材料的含量为 77wt % ?99wt %。优选的,所述无机稀土光谱转换材料的含量为0.2wt%? 5wt%。优选的,所述有机稀土光谱转换材料的含量为3wt %?8wt %。优选的,所述无机稀土光谱转换材料的中心粒径小于50 μπι,且粒度分布(D90-D10)/2D50< 1本申请还提供了所述的转光层材料形成的复合膜。优选的,所述复合膜的厚度为5?500 μπι。本申请还提供了一种太阳能电池,包括:受光面沉积有上述方案所述复合膜的太阳能电池组件。本申请提供了一种转光层材料,其包括无机稀土光谱转换材料、有机稀土光谱转换材料与载体材料;本申请的无机稀土光谱转换材料具有中心粒径和粒度分布好的特点,还具有发射强度高、发射带宽、量子产率高、化学和热稳定性好的优点,其同时具有上转换和下转换发光特性,能够吸收紫外光和红外光转换为可见光,而有机稀土光谱转换材料具有量子产率高、光谱与晶硅太阳能电池光谱响应匹配好的优点,因此本申请将含有有机稀土光谱转换材料与无机稀土光谱转换材料的转光层材料形成的复合膜应用于太阳能电池,提高了太阳能电池对紫外光和红外光部分的有效利用,使太阳能电池的光电转换效率得到了提高。实验结果表明,本专利技术提供的太阳能电池的光电转换效率提高了 2.2%以上。【附图说明】图1为SrAl204:Eu2+_,Dy3+a(l4光谱转换材料的下转换发射光谱图;图2为SrAl204:Eu2+_,Dy3+a(l4光谱转换材料的上转换发射光谱图;图3为有机稀土光谱转换材料的Eu(TTA) 3Phen的发射光谱图;图4为有机稀土光谱转换材料的Eu(TTA) 3Phen的激发光谱图。【具体实施方式】为了进一步理解本专利技术,下面结合实施例对本专利技术优选实施方案进行描述,但是应当理解,这些描述只是为进一步说明本专利技术的特征和优点,而不是对本专利技术权利要求的限制。本专利技术实施例公开了一种稀土光谱转换材料,包括:如式(I )所示的无机稀土光谱转换材料与如式(II )所示的有机稀土光谱转换材料,所述无机稀土光谱转换材料与有机稀土光谱转换材料的质量比为1:200?16:1 ;SrAl2O4-Eu 2+x,Dy'(I);Eu(TTA)3Phen( II );其中,0.01 彡 X 彡 0.06,0.005 彡 y 彡 0.04。本申请无机稀土光谱转换材料SrAl2O4=Eu 2+x,Dy3+y,具有上转换和下转换发光特性。本申请的有机稀土光谱转换材料Eu (TTA)3Phen,其具有量子产率高、光谱与晶硅太阳能电池光谱响应匹配好的优点。本申请中所述无机光谱转换材料与有机光谱转换材料的质量比优选为1:5?1:1.25。本专利技术本文档来自技高网
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【技术保护点】
一种光谱转换材料,包括:如式(Ⅰ)所示的无机稀土光谱转换材料与如式(Ⅱ)所示的有机稀土光谱转换材料,所述无机稀土光谱转换材料与有机稀土光谱转换材料的质量比为1:200~16:1;SrAl2O4:Eu2+x,Dy3+y               (Ⅰ);Eu(TTA)3Phen                      (Ⅱ);其中,0.01≤x≤0.06,0.005≤y≤0.04。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员:张忠义琚建勇张立业孔祥薇秦晓婷敖琛闫慧忠申孟林
申请(专利权)人:天津包钢稀土研究院有限责任公司包头稀土研究院
类型:发明
国别省市:天津;12

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