太阳能电池及其发光转换层制造技术

本发明专利技术系关于一种太阳能电池，该太阳能电池以单晶硅片为基础，其包括电极系统，一聚合膜与该单晶硅片相连接，并且一玻璃片覆盖于该聚合膜上，特征在于：该太阳能电池进一步包括一发光转换层，该发光转换层中进一步填充有无机荧光粉粉末，该无机荧光粉粉末在紫色、蓝色及绿色光谱区域可吸收辐射并在电磁波谱黄色、橙黄及红外线区域发光，以增加该太阳能电池的效率。本发明专利技术的太阳能电池的结构特点可保证电池效率增大为原来的１．２倍。

【技术实现步骤摘要】
太阳能电池及其发光转换层专利技术所属
本专利技术系关于一种能源
具体而言，是指 一种太阳能电池及其发光转换层，该太阳能电池不同于 石油、天然气和煤炭等资源，其可通过转换层以提高太 阳能电池的光转换效率。先前技术J太阳能电池，更确切地说是硅太阳能电池，作为自 备能源广泛应用于移动通信器材、微机、照明光源等现 代技术中。对于宇宙航行目标，专业硅太阳能电池是唯 一的供给能源，这是与创造太阳能电池的研究领域相关 联的一个特殊方向。请参照附图说明图1，其绘示了一般单晶硅太阳能电池的结 构示意图。如图所示，单晶硅太阳能电池可被理解为一种装置，在这个装置中具有壳体10,其可容置单晶硅太 阳能电池，在壳体10中安置有单晶硅片20,在该单晶 硅片20的表面为p-n接面薄层30。上述结构的单晶硅太阳能电池在光线照射的情况下可产生能量，此外，其 还具有一电极系统50、 一转换层60，且于该转换层60 上面覆盖了一层玻璃70。这种p-n接面30为细薄的边 界区，当单晶硅20受到太阳光照射时，p-n接面30能 从空间上划分单晶硅20中所形成的电子和电穴。在太阳 能电池表面源于硅酸盐的玻璃70防止地球大气层的影 响，单晶硅片20与转换层60连接，转换层60以乙基乙酸乙烯酯聚合分子基础上的专业材料制作而成。源于硅片20和覆盖硅酸盐玻璃70的太阳能电池单电池固定在 专业壳体10中，壳体10中同时固定其它硅电池。对于太阳能电池而言，可应用一些参数来说明其特 征。这些参数，首先是电池电压V,单位为伏特，电池 电流J,单位为安培，电池最大供给电功率W,单位为瓦 特，以及电池的最重要参数-实际效率4 ,其单位为％。根据多次测量在地球表面所分布的太阳照射功率约 为O. 1W/cm2,也就是1000W/m2。由于各种原因， 一定分 率所投射的太阳辐射变换成有效电功率，主要同单晶硅 纯度以及电能载体迁移率有关。根据各种理论计算，对 于单晶硅这一分率不超过24%(请参照K. Chopra 1986，薄膜太阳能电池，世界出版社)，对于实际单晶硅太阳能 电池这个理论计算极值至今尚未达到； 一些世界著名公 司，譬如Suntech出产的工业用太阳能电池效率约为 14-16% (请参照www. suntech. com的相关资料)。这种电 池将太阳所投射的辐射转换为电功率的效率值不是很 高，因而在太阳能电池和电池组使用中增大了成本。如 何提高单晶硅太阳能电池效率的问题是现代绿色能源技 术的主要问题之一。本专利技术与这个问题有关，本专利技术涉 及太阳能电池的组成和提高单电池的转换效率的具体解 决方案。图2中揭示了北纬38度正午时分的太阳光谱辐射。 在地球中北纬度38-40度在正午时分借助于专业分光辐 射度计对曲线进行测绘。其特点为在470rnn的区域上具 有清晰的光谱辐射最大值，在这种情况下，全部曲线偏 差为±2-5%，它取决于地球大气层的光学状态以及光谱中存在实质性下降，譬如在900纳米区域，大气层空气 中存在02， CO, C02， H20等成分。图3中描述了太阳辐射下标准单晶硅片的光谱光敏 性曲线。在这个图中坐标为横坐标-激发光波长，单位 为nm，纵坐标-电功率，单位为mW/cm2。在图2和图3 中通过对这两种曲线进行比较，表明这两种主要曲线的 最大值具有显著区别。因此，如果太阳辐射最大值正好 是波长A =470 nm并具有曲线半波宽△ ^ 400nm,那么单 晶太阳能电池光敏性光谱最大值正好是A =960-1020 nm 区域，而半波宽增大A=300nm。根据我们的观点，太阳 能电池的光敏性光谱最大值位置以及超过600nm的太阳 辐射光谱最大值位置的重要区别是太阳能电池效率同理 论计算值相比，实际水平显著降低的主要原因。我们通 过定额曲线的数学连乘(将图2与图3数值相乘)，也就 是说将每种最大值换算成100%，得到了新光谱曲线(请 参照图4)。这个曲线被称为最佳光谱辐射曲线。这种最 大值的光谱位于入=560-800體的区域。显然，这个最大值既不符合于太阳辐射最大值，也不符合于单晶硅光敏 性最大值。投射到单晶硅太阳能电池表面的辐射光谱最大值变 化的思想早在上个世纪70-80年代就已产生(请参照 hptt//www. suntech一power. com的相关资料)。根据这个 思想，在太阳光学辐射路径上应当存在发光转换层，譬 如源于单晶红宝石A1203 Cr+3。这种转换层中入 二320-420mn太阳辐射短波部分在红宝石中激发0+3并强 烈发光。这样，通过在最初发光组成中加入这种单晶红 宝石补充红色发光，所投射的太阳辐射就实现了长波位移。同时由于A1203 Cr+3辐射量子效率足够高，为n^ 50%,因而太阳辐射短波部分的损耗小于50%。更大波长 700-llOOrnn的长波辐射通过单晶红宝石片，其损耗不超 过30-40%。根据所援引的著作(请参照Y. J. Hovel Solar Energy, mat. 2 p. 19， 1979)的数据，在单晶硅太阳能 电池中载体收集系数增大应当引起太阳能电池效率 的增大。然而，有关创造具有红宝石转换层的大尺寸太 阳能电池数据至今没有公开，本专利技术将它作为参照对象。在Reisfeld R先生所获颁的美国US 4， 367, 367号 (04.01. 1983)专利中获得了发光转换层的思想发展，在 这里提出了使用覆盖发光玻璃使所投射太阳辐射光谱最 大值发生位移。使用被Yb+3激活的专业玻璃时，其提出 了对于所投射的光谱辐射进行长波位移。尽管在上述专 利中没有援引任何用以表征效率的实际太阳能电池的特 性，本专利技术仍将它作为专利原型加以采用。尽管上述专利中具有玻璃发光转换层的太阳能电池 表现出一些简易性，却仍具有一些实质性缺陷。第一， 制作玻璃发光转换层是复杂的技术和工艺课题，它要求 专业高温玻璃熔炉以及高纯度试剂。此外，玻璃转换层 价格昂贵并且精密磨削和抛光的成本也很高。第二，在玻璃转换层中发光量子效率通常很低，不 高于T！ =20-40%。玻璃非晶体结构限制了发光，也就是说 在激活离子周围配位环绕构造中仅存在近程规律作用， 这时在单晶结构中晶体周期结构作用力影响催化剂离 子。发光玻璃非晶体结构与强度下降和量子效率减小一 样，同主要催化剂辐射光谱的增大以及光谱半波宽的实 质性增大有关。第三，玻璃发光激发光谱还具有扩散特性和足够弱 的吸收线。通常有人尝试通过增大玻璃转换层容积中活 性离子的浓度排除这个缺陷，然而这时由于在玻璃中发 生激活离子浓度猝灭，催化剂辐射强度下降。第四，由于对于各种角度投向转换层表面的第一级 激发光存在于不同的光学厚度中，光谱转换层辐射变得 更加复杂。对于玻璃转换层垂直表面的光线，被激活离 子浓度最小，这时对于以锐角投射在玻璃上的光线，引 起玻璃中浓度猝灭的发生。第五，玻璃发光辐射很大程度地受到所投射太阳辐 射的温度影响，同时玻璃转换层工作具有不稳定性以及 它的量子效率降低。第六，在玻璃转换层中所使用的玻璃成分通常属于 硅酸盐-磷酸盐组成，具有易脆性以及机械强度不充分。
技术实现思路
为解决上述已知技术的缺点，本专利技术的主要目的系 提供一种太阳能电池及其发光转换层，本专利技术可排除用 于太阳能本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种太阳能电池，其系以单晶硅片为基础，其包括电极系统，并且一玻璃片覆盖于该单晶硅片上，特征在于：该太阳能电池进一步包括一发光转换层，该发光转换层位于该单晶硅片及玻璃片之间，且该发光转换层中进一步填充有无机荧光粉粉末，该无机荧光粉粉末在紫色、蓝色及绿色光谱区域吸收辐射并在电磁波谱黄色、橙黄及红外线区域发光，以增加该太阳能电池的效率。

【技术特征摘要】
1. 一种太阳能电池，其系以单晶硅片为基础，其包括电极系统，并且一玻璃片覆盖于该单晶硅片上，特征在于该太阳能电池进一步包括一发光转换层，该发光转换层位于该单晶硅片及玻璃片之间，且该发光转换层中进一步填充有无机荧光粉粉末，该无机荧光粉粉末在紫色、蓝色及绿色光谱区域吸收辐射并在电磁波谱黄色、橙黄及红外线区域发光，以增加该太阳能电池的效率。2. 如权利要求1所述的太阳能电池，其中该玻璃片 为硅酸盐玻璃片。3. 如权利要求1所述的太阳能电池，其中该发光转 换层由乙基乙酸乙烯酯聚合膜所组成。4. 如权利要求1所述的太阳能电池，其进一步包括 一聚合膜，该聚合膜分别与该单晶硅片及该发光转换层 相连接。5. 如权利要求1所述的太阳能电池，其中该发光转 换层将它们所吸收的短波光以多频带光谱的形式再辐 射，其中一种光谱极值A =510- 720nm的半波宽超过 120nm并位于黄色-橙黄光谱区域，这时对于其它光谱， 极值分布在940-1060nm的近红外线光并其半波宽为 4-6nm并符合于单晶硅最大光敏性区域，正好位于整体 太阳辐射的900-1100nm部分。6. 如权利要求1所述的太阳能电池，其中该无机荧 光粉粉末具有化学组成Y3-x-y-z-PGdxCeyLuPNdzAl5012,其中 x=0. OOl-O. 30， y=0.001-0， 1， z=0. 0005-0. 05，p=0. 0005-0. 1,在此情况下激活离子Ce3+在入=510-720nm的区域辐射，此时激活离子Nd在入 =920-1100nm的区域辐射。7. 如权利要求l所述的太阳能电池，其中该发光转换 层以一薄膜的形式存在，该薄膜中填充有细散无机荧光 粉粉末，分布的彼此间距为平均粉末直径的20倍，保证 该薄膜中透光率为80-88%,光散射值为4-6%。8. 如权利要求1所述的太阳能电池，其中该发光转 换层具有的无机荧光粉体积浓度为0. 1-2.5%,短波激发 时发光量子效率为0.8-0.95。9. 如...

【专利技术属性】
技术研发人员：索辛纳姆，罗维鸿，蔡绮睿，
申请(专利权)人：罗维鸿，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]