本发明专利技术采用液相共沉淀方法和热反应方法，制备了上转换荧光粉末，并用悬浮液镀膜方法或金属有机物化学气相沉积来沉积上转换荧光材料薄膜；通过调整稀土元素如Ｙｂ，Ｅｒ，Ｔｍ等的掺杂量，使上转换荧光材料能吸收８００ｎｍ到２０００ｎｍ波长的近红外光并发出可见光，也可吸收２００ｎｍ到３５０ｎｍ波长的紫外光并发出可见光．把这种上转换荧光材料薄膜用于硅基薄膜太阳能电池中，增大了硅基薄膜太阳能电池的能谱吸收范围。由于硅基薄膜太阳能电池在可见光范围内有最大的光电转换效率。因此，应用上述上转换荧光材料能够提高和改善硅基薄膜太阳能电池的光电转化效率和稳定性。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及采用上转换荧光材料薄膜的高效太阳能电池以及高转换效率的上转换荧光材料薄膜的制备工艺。
技术介绍
薄膜太阳能电池是近几十年来发展起来的新技术，它注重于降低生产过程中的能 耗和工艺成本，专家们称其为绿色光伏产业。与单晶硅和多晶硅太阳能电池相比，其薄膜高 纯硅的用量为其的1%，同时，低温等离子增强型化学气相沉积技术，电镀技术，溶胶凝胶镀 膜技术，印刷技术被广泛地研究并应用于薄膜太阳能电池的生产。由于采用低成本的玻璃 或不锈钢薄片、高分子基片作为基板材料，大大降低了生产成本，并有利于大规模的生产。 目前已成功研发的薄膜太阳能电池的材料为CdTe，其光电转换效率为16.5%，而商业产 品约为7% ;CulnSe，其光电转换效率为19. 5%，商业产品为11% ;非晶硅及微晶硅，其光电 转换效率为8. 3 15%，商业产品为7 13. 3%。近年来，由于液晶电视的薄膜晶体管的 研发，非晶硅和微晶硅薄膜技术有了长足的发展，并已应用于硅基薄膜太阳能电池。专家们 预计，由于薄膜太阳能电池具有低的成本，高的效率，大规模生产的能力，在未来的5 10 年，薄膜太阳能电池将成为全球太阳能电池的主流产品。 提高薄膜太阳能电池效率最有效的途径是尽量提高电池的光吸收效率。对硅基薄 膜而言，采用窄带隙材料是必然途径。如Uni-Solar公司采用的窄带隙材料为a-SiGe(非 晶硅锗)合金，他们的a-Si/a-SiGe/a-SiGe三结叠层电池，小面积电池(0. 25cm2)效率 达到15. 2%，稳定效率达13%，900cm2组件效率达11.4%，稳定效率达10. 2%，产品效率 达7% -8%。在我们的专利申请"高转化率硅基薄膜太阳能电池及制造工艺方法"中提出 了两种硅基薄膜太阳能电池的结构及其制造工艺方法. 一种是单结多叠层PIN薄膜太阳 能电池，其结构为基片/TC0/n-ii c-Si卜xGex/i-ii c-Si/i-A-SipxGex/i-A-Si/I-ii c-SiC/ p-A-SiC/TCO/减反射膜，这种单晶多叠层PIN结构，其i层可以从上述六种材料中选用组成 二层，三层，四层，五层和六层级结构；另一种是多结多叠层的薄膜太阳能电池，其结构为基 片/TC0/-ii c-SipxGex/i-ii c-Si卜xGex/p-ii c-Si卜xGex/中间反射层/n_y c—Si/i—y c_Si/ p-ii c-Si/中间反射层/n-A-Si卜xGe乂i-A-SihxGe乂p-A-Si卜xGex/中间反射层/n_A_Si/ i-A-Si/p-A-Si/中间反射层/n-ii c-SiC/i-ii c-SiC/p-ii c-SiC/中间反射层/n-A-SiC/ i-A-SiC/p-A-SiC/TCO/减反射膜；这种多结多叠层结构，其转化效率达到15-18%。 在另一方面，上转换发光材料通常是稀土离子掺杂材料，它吸收长波长辐射和发 射更短的波长，并且它的近红外光谱激发波长从800nm延长到了 2000nm。然而，提到上转换 荧光材料，一般由980nm近红外光激发来发射可见光。在文献中，我们没有发现任何荧光材 料可以用1500nm近红外光激发来发射可见光。以下两份文件描述了稀土掺杂材料提供高 效率的红外光转换成可见光的潜在应用，包括简单手持设备的红外光可见光转换器，红外 激光束探测器和显示技术。这种上转换发光材料仅限于Yb，Er，Tm掺杂材料，并可以用980纳米红外光激发和发射红，绿，蓝的可见光。然而他们没有制备出可以用980nm到1500nm 近红外光激发来发射可见光的荧光材料及簿膜。 1). Ralph H. Page, Kathleen I. Schaffers， Phillip A. Waide， John B. Tassano， St印hen A. Payne，and William F. Krupke， J. Opt. Soc. Am. B， Vol. 15， No. 3， 996 (1998); 2). Jingning Shan， Xiao Qin， Nan Yao and Yiguang Ju， Nanotechnology， 18， 445607(2007)。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是，针对现有技术存在的不足，提出设有上转换荧光材 料膜层的高效太阳能薄膜电池及其膜层制备方法，所制备的上转换荧光材料可以用980nm 到1500nm近红外光激发来发射可见光，因此可用来提高太阳能电池的光吸收效率，从而达 到提高薄膜太阳能电池的光电转换效率的目的。 本专利技术是在硅基薄膜太阳能电池结构基础上设置上转换荧光材料薄膜而组成的。 本专利技术的技术方案是，所述设有上转换荧光材料膜层的高效太阳能薄膜电池为以 下结构之一 (1)单结多叠层PIN薄膜太阳能电池包括以下两种结构 第 一 种结构是不锈钢基片/上转换荧光材料薄膜/TCO/n- c-Si/i-A-SiC/ i-A-Si/i-ii c-SiC/P-A-SiC/TCO/减反射膜； 第二种结构是A1/上转换荧光材料薄膜/TCO/n-ii c-Si/i-A-SihGe乂i-A-Si/ i-ii C-SiC/P-A-SiC/玻璃基片/减反射膜。 所述单结多叠层PIN薄膜太阳能电池，也可以从所述五种材料(即yc-Si、A-Si、 iic-SiC、A-SiC、A-SiC)中选用组成其它五层或四层、三层、二层结构； (2)多结多叠层PIN薄膜太阳能电池包括以下两种结构 第一种结构是不锈钢基片/上转换荧光材料薄膜/TCO/n-c-Si/i-ii c-Si/ p-ii c-Si/中间反射层/n-A-Si卜xGe乂i-A-SihxGe乂p-A-Si卜xGex/中间反射层/n_A_Si/ i-A-Si/p-A-Si/中间反射层/n-ii c-SiC/i-ii c-SiC/p-ii c-SiC/中间反射层/n-A-SiC/ i-A-SiC/p-A-SiC/TCO/减反射膜； 第二种结构是A1/上转换荧光材料薄膜/TCO/n-ii c-Si/i-ii c-Si/p-ii c-Si/中 间反射层/n-A-SipxGe乂i-A-Si卜xGe乂p-A-Si卜xGex/中间反射层/n-A-Si/i-A-Si/p-A-Si/ 中间反射层/n-ii c-SiC/i-ii c-SiC/p-ii c-SiC/中间反射层/n-A-SiC/i-A-SiC/p-A-SiC/ TCO/玻璃基片/减反射膜。 本专利技术上述电池结构式中，"/"表示两层之间的界面；n-表示电子型(n型)半 导体，i-表示本征半导体，P-表示空穴型(P型)半导体；A-表示非晶体，Pc-表示微晶， 0《x《1 ;多结多叠层PIN薄膜太阳能电池结构式中，TCO层与相邻的中间反射层之间以 及相邻两中间反射层之间的膜层为一结；每结中各膜层所用半导体材料相同并因掺杂不同 而组成pin结或pn结； 上述结构中，所述上转换荧光材料薄膜可以是NaYF6: Yb， Er， Tm材料薄膜(稀土元 素Yb， Er， Tm参杂的NaYF6材料)，或者GdZrF7: Yb， Er， Tm材料薄膜(稀土元素Yb， Er， Tm 参杂的GdZr本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种设有上转换荧光材料膜层的高效太阳能薄膜电池，其特征是，它为以下结构之一：（１）单结多叠层ＰＩＮ薄膜太阳能电池包括以下两种结构：第一种结构：不锈钢基片／上转换荧光材料薄膜／ＴＣＯ／ｎ－μｃ－Ｓｉ／ｉ－Ａ－ＳｉＣ／ｉ－Ａ－Ｓｉ／ｉ－μｃ－ＳｉＣ／Ｐ－Ａ－ＳｉＣ／ＴＣＯ／减反射膜；第二种结构：Ａｌ／上转换荧光材料薄膜／ＴＣＯ／ｎ－μｃ－Ｓｉ／ｉ－Ａ－Ｓｉ↓［１－ｘ］Ｇｅ↓［ｘ］／ｉ－Ａ－Ｓｉ／ｉ－μｃ－ＳｉＣ／Ｐ－Ａ－ＳｉＣ／玻璃基片／减反射膜；（２）多结多叠层ＰＩＮ薄膜太阳能电池包括以下两种结构：第一种结构：不锈钢基片／上转换荧光材料薄膜／ＴＣＯ／ｎ－μｃ－Ｓｉ／ｉ－μｃ－Ｓｉ／ｐ－μｃ－Ｓｉ／中间反射层／ｎ－Ａ－Ｓｉ↓［１－ｘ］Ｇｅ↓［ｘ］／ｉ－Ａ－Ｓｉ↓［１－ｘ］Ｇｅ↓［ｘ］／ｐ－Ａ－Ｓｉ↓［１－ｘ］Ｇｅ↓［ｘ］／中间反射层／ｎ－Ａ－Ｓｉ／ｉ－Ａ－Ｓｉ／ｐ－Ａ－Ｓｉ／中间反射层／ｎ－μｃ－ＳｉＣ／ｉ－μｃ－ＳｉＣ／ｐ－μｃ－ＳｉＣ／中间反射层／ｎ－Ａ－ＳｉＣ／ｉ－Ａ－ＳｉＣ／ｐ－Ａ－ＳｉＣ／ＴＣＯ／减反射膜；第二种结构：Ａｌ／上转换荧光材料薄膜／ＴＣＯ／ｎ－μｃ－Ｓｉ／ｉ－μｃ－Ｓｉ／ｐ－μｃ－Ｓｉ／中间反射层／ｎ－Ａ－Ｓｉ↓［１－ｘ］Ｇｅ↓［ｘ］／ｉ－Ａ－Ｓｉ↓［１－ｘ］Ｇｅ↓［ｘ］／ｐ－Ａ－Ｓｉ↓［１－ｘ］Ｇｅ↓［ｘ］／中间反射层／ｎ－Ａ－Ｓｉ／ｉ－Ａ－Ｓｉ／ｐ－Ａ－Ｓｉ／中间反射层／ｎ－μｃ－ＳｉＣ／ｉ－μｃ－ＳｉＣ／ｐ－μｃ－ＳｉＣ／中间反射层／ｎ－Ａ－ＳｉＣ／ｉ－Ａ－ＳｉＣ／ｐ－Ａ－ＳｉＣ／ＴＣＯ／玻璃基片／减反射膜；上述电池结构式中，“／”表示两层之间的界面；ｎ表示电子型半导体，ｉ表示本征半导体，Ｐ表示空穴型半导体；Ａ表示非晶体，μｃ表示微晶，０≤ｘ≤１；所述第三种和第四种的多结多叠层ＰＩＮ薄膜太阳能电池结构式中，ＴＣＯ层与相邻的中间反射层之间以及相邻两中间反射层之间的膜层为一结；所述上转换荧光材料薄膜为ＮａＹＦ↓［６］：Ｙｂ，Ｅｒ，Ｔｍ材料薄膜或者是ＧｄＺｒＦ↓［７］：Ｙｂ，Ｅｒ，Ｔｍ材料薄膜；或者是ＧｄＺｒＦ↓［７］：Ｙｂ，Ｅｒ薄膜、Ｇｄ↓［３］Ｇａ↓［５］Ｏ↓［１２］：Ｙｂ，Ｅｒ薄膜、ＹＡｌ↓［５］Ｏ↓［３］：Ｙｂ，Ｅｒ薄膜、Ｙ↓［３］ＮｂＯ↓［７］：Ｙｂ，Ｅｒ薄膜、ＺｎＡｌ↓［２］Ｏ↓［４］：Ｙｂ，Ｅｒ薄膜中的一种。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：李廷凯，李晴风，钟真，陈建国，
申请(专利权)人：湖南共创光伏科技有限公司，
类型：发明
国别省市：43[中国|湖南]
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