双重功能玻璃陶瓷材料和使用其的双面太阳能电池制造技术

本发明专利技术提供一种双重功能玻璃陶瓷材料和使用其的双面太阳能电池。本发明专利技术的双重功能玻璃陶瓷材料不仅具有量子剪裁和波长转化功能，而且对可见‑近红外光具有散射功能，将这样的玻璃陶瓷材料设置在太阳能电池的背面，可以将侧面入射的太阳光散射成为各向均匀照射的太阳光，从而实现对太阳能电池底面(背面)的照射。这样的太阳能电池可以实现双面发电，从而极大地提高了太阳能电池的发电效率。

【技术实现步骤摘要】
双重功能玻璃陶瓷材料和使用其的双面太阳能电池
本专利技术涉及太阳能电池
，尤其涉及用于太阳能电池的量子剪裁功能材料和使用其的太阳能电池。
技术介绍
太阳能新能源的研发与利用是目前国内外的重大热点研究课题。太阳能是丰富的，但由于太阳能电池的光电转换成本较高和效率较低，造成已经研发利用的太阳能与实际蕴藏量之间存在巨大的差异。太阳能电池光伏器件面对的一大主要问题就是能量转换需要跨越紫外、可见和近红外的太阳光谱区域，太阳能电池要在整个光谱区域具备较高的转换效率。对于Eg＝1.12eV的晶硅单结太阳能电池，它仅仅在能量略大于1.12eV即波长略小于1100nm的范围拥有较好的响应灵敏度，70％的能量损耗都是与透过损耗和热化损耗相关的，它就被称之为光谱失配；由此决定的单结晶硅太阳能电池的最大发电效率约为30％。近红外量子剪裁自提出之后，在国际上掀起一段研究热潮，由于它能够把一个紫外或者可见光子剪裁成为多个红外光子，因此，发光的量子效率能够超过100％，双光子量子剪裁发光效率的上限值可接近200％，三光子量子剪裁发光效率的上限值可接近300％，四光子量子剪裁发光效率的上限值可接近400％，因此其优点是非常突出的，也是其它效应都不具有的。但是，由于半导体太阳能电池对大于带隙Eg之上的能量都会吸收掉，因此以前实用的器件的布局都是把量子剪裁层放在更靠近入射太阳光的上层，即放在了太阳能电池的上面。但是，这样一来就出现了一个问题，原来只有照射太阳能电池的一个传光方向的太阳光，在经过了量子剪裁层转换出来的红外光却有背离与照射太阳能电池的二个传光方向，因此红外量子剪裁发光的能量的利用率只有50％，这也就是近红外量子剪裁到目前为止没有实现较显著的增强提高太阳能电池发电效率的主要原因。
技术实现思路
本专利技术旨在解决现有技术中的上述技术问题，提供一种能够充分利用量子剪裁效应的双面发电的太阳能电池。具体而言，本专利技术涉及以下内容：1.一种双重功能玻璃陶瓷材料，其不仅具有量子剪裁和波长转化功能，而且对可见-近红外光具有散射功能，所述玻璃陶瓷材料为M3+-Yb3+离子对氟氧化物或氟磷化物纳米相玻璃陶瓷材料，其中M3+表示Er3+、Tm3+、Pr3+、Ho3+或Tb3+，或者所述玻璃陶瓷材料为Er3+、Tm3+离子氟氧化物或氟磷化物纳米相玻璃陶瓷材料，并且所述玻璃陶瓷材料中微晶的晶粒大小为30-80nm。2.根据1所述的双重功能玻璃陶瓷材料，其中M3+-Yb3+离子对氟氧化物玻璃陶瓷材料可以用以下通式表示：M3+(0.5％-1.0％)Yb3+(3.0％-10％):FOV；Er3+、Tm3+离子氟氧化物玻璃陶瓷材料可以用以下通式表示：Er3+(0.5％-10％):FOV或Tm3+(0.5％-10％):FOV；M3+-Yb3+离子对氟磷化物玻璃陶瓷材料可以用以下通式表示：M3+(0.5％-1.0％)Yb3+(3.0％-10％):FPV；Er3+、Tm3+离子氟磷化物玻璃陶瓷材料可以用以下通式表示：Er3+(0.5％-10％):FPV或Tm3+(0.5％-10％):FPV，其中FOV表示氟氧化物玻璃陶瓷基质，其组成可以为SiO2(40-50％)、PbF2(25-35％)、ZnF2(12-22％)、LuF3(1-8％)、ErF3(0-10％)、TmF3(0-10％)、YbF3(0-8％)；FPV表示氟磷化物玻璃陶瓷基质，其组成可以为Al(PO3)3(16-25％)-MgF2(8-18％)-NaF(16-25％)-BaF2(37-52％)-ErO1.5(0-1％)-YbO1.5(3-10％)，各个组分的摩尔含量之和为100％3.根据1或2所述的双重功能玻璃陶瓷材料，其还含有敏化剂，所述敏化剂包括Eu2+、Bi3+、Ce3+、Na+、Ag+、Au+、K+、Li+、和Yb2+中的至少一种。4.一种双面太阳能电池，其包括位于太阳能电池发光元件底部的包含1-3中任一项所述的双重功能玻璃陶瓷材料的量子剪裁层，还包括用于将太阳光从侧面导引至量子剪裁层的侧面导引装置。5.根据4所述的双面太阳能电池，其中所述侧面导引装置包括反射镜。6.根据4所述的双面太阳能电池，其中量子剪裁层具有2mm以上的厚度，并且除面对发光元件底部的表面和面对侧面导引装置的表面之外，其它的所有表面均具有反射膜。7.根据4-6中任一项所述的双面太阳能电池，所述双面太阳能电池具有位于太阳能电池正面和/或侧面的聚光系统。8.根据7所述的双面太阳能电池，所述聚光系统是菲涅尔透镜或者八面体聚光漏斗。9.制备1-3中任一项所述的双重功能玻璃陶瓷材料的方法，包括在660℃至750℃的温度对M3+-Yb3+离子对氟氧化物或氟磷化物玻璃陶瓷材料进行退火。本专利技术的专利技术人发现：通过将稀土离子氟氧化物或氟磷化物玻璃陶瓷材料在比现有技术更高的温度下进行退火，可以获得具有较大晶粒大小的微晶颗粒的玻璃陶瓷材料，其不仅具有稀土离子玻璃陶瓷材料的量子剪裁和波长转化功能，而且还具有对可见-近红外光的更好的散射功能。将这样的玻璃陶瓷材料设置在太阳能电池的背面，可以将一个方向(侧面)入射的太阳光散射成为各向均匀照射的太阳光，从而实现对太阳能电池底面(背面)的照射。这样的太阳能电池可以实现双面发电，从而极大地提高了太阳能电池的发电效率。附图说明图1显示了实施例1中522nm光激发2H11/2导致的535nm-728nm的可见发光谱。图2显示了实施例1中522nm光激发2H11/2导致的908nm-1680nm的红外发光谱。图3显示了实施例1中378nm光激发4G11/2导致的395nm-728nm的可见发光谱。图4显示了实施例1中378nm光激发4G11/2导致的908nm-1680nm的红外发光谱。图5为Er3+离子与Yb3+离子的能级结构原理图。图6显示了当(5D3,5G6)与D4能级被378.0nm(实线)和487.0nm(点线)激发时的Tb(0.7)Yb(5.0):FOV(a)与Tb(0.7):FOV(b)的可见荧光发光光谱。图7(a)显示了当(5D3,5G6)能级被378.0nm激发时的Tb(0.7)Yb(5.0):FOV的红外荧光发光光谱，图7(b)显示了当5D4能级被378.0nm激发时的Tb(0.7)Yb(5.0):FOV的红外荧光发光光谱。图8为Tb(0.7)Yb(5):FOV样品的Tb3+离子的543.8nm5D4→7F5荧光的激发光谱与Yb3+离子的975.0nm2F5/2→2F7/2荧光的激发光谱。图9显示了378.0nm(a)与487.0nm(b)光激发的Tb(0.7):FOV(上面)和Tb(0.7)Yb(5.0):FOV(下面)的543.0nm发光的荧光寿命。图10为Tb3+离子与Yb3+离子的能级与量子剪裁过程示意图。图11为侧向导引太阳光的近红外量子剪裁与上转换复合双面太阳能电池示意图。具体实施方式以下参考具体实施方式详细说明本专利技术，但是这些实施方式不以任何方式限制本专利技术的范围。1.双重功能玻璃陶瓷材料及其制备方法本专利技术的双重功能玻璃陶瓷材料不仅具有量子剪裁和波长转化功能，而且对可见-近红外光具有散射功能。本专利技术中，量子剪裁是指将一个紫外或者可见光子剪裁成为多个红外光子，本专利技术的量子剪裁可以包括本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双重功能玻璃陶瓷材料，其不仅具有量子剪裁和波长转化功能，而且对可见‑近红外光具有散射功能，所述玻璃陶瓷材料为M

【技术特征摘要】
1.一种双重功能玻璃陶瓷材料，其不仅具有量子剪裁和波长转化功能，而且对可见-近红外光具有散射功能，所述玻璃陶瓷材料为M3+-Yb3+离子对氟氧化物或氟磷化物纳米相玻璃陶瓷材料，其中M3+表示Er3+、Tm3+、Pr3+、Ho3+或Tb3+，或者所述玻璃陶瓷材料为Er3+、Tm3+离子氟氧化物或氟磷化物纳米相玻璃陶瓷材料，并且所述玻璃陶瓷材料中微晶的晶粒大小为30-80nm。2.根据权利要求1所述的双重功能玻璃陶瓷材料，其中M3+-Yb3+离子对氟氧化物玻璃陶瓷材料包括以下通式表示的玻璃陶瓷材料：M3+(0.5％-1.0％)Yb3+(3.0％-10％):FOV；Er3+、Tm3+离子氟氧化物玻璃陶瓷材料包括以下通式表示的玻璃陶瓷材料：Er3+(0.5％-10％):FOV或Tm3+(0.5％-10％):FOV；M3+-Yb3+离子对氟磷化物玻璃陶瓷材料包括以下通式表示的玻璃陶瓷材料：M3+(0.5％-1.0％)Yb3+(3.0％-10％):FPV；Er3+、Tm3+离子氟磷化物玻璃陶瓷材料包括以下通式表示的玻璃陶瓷材料：Er3+(0.5％-10％):FPV或Tm3+(0.5％-10％):FPV，其中FOV表示氟氧化物玻璃陶瓷基质，其组成为SiO2(40-50％)、PbF2(25-35％)、ZnF2(12-22％)、LuF3(1-8％)、ErF3(0-10％)、TmF3(0-10％)、Y...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈晓波，李崧，杨国建，
申请(专利权)人：北京师范大学，
类型：发明
国别省市：北京,11