[發明專利]增加太陽能光伏電池光電轉化率的透明薄膜的制備

無效

• 申請號: 200710302510.4
• 申請日: 2007-12-28
• 公開（公告）號: CN101320756A
• 公開（公告）日: 2008-12-10
• 發明（設計）人: 徐耀平;鮑玉龍
• 申請（專利權）人: 徐耀平;彭子飛;鮑玉龍
• 主分類號: H01L31/0216
• 分類號: H01L31/0216;H01L31/0232;H01L31/18
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及太陽能光伏電池系統工程，能顯著提高光伏電池的光電轉化率， 屬于太陽能利用技術領域。

背景技術

能源問題一直是各國政府關注和研究的重點。目前以石油為燃料的能源體系 正受到資源枯竭、環境污染、價格上漲等因素的挑戰。因此，如何最大程度地合 理使用清潔能源(太陽能、氫能、風能等)的思路應運而生。而太陽能光伏電池 (光-電轉化)的應用正是這一思路具體實施的產物。

太陽能光伏技術是一種最有前景的可再生能源技術。目前晶體硅(單晶和多 晶)在太陽能光伏產業中占絕對主導地位(約占90％)。但目前以硅晶體為電池板 的光電轉化效率低，最高的轉化率也只有17％。而且在光伏電池中電池板占有的 成本較高，對目前市場的推廣起到很大的制約作用。因此，提高光伏電池的太陽光 轉換效率從而降低其成本是目前該研究領域的重點，其基本要求之一是最大限度 地將太陽光的各譜段的光能轉化為電能，所以我們著重在這一領域關注世界各國 的研究動向，并取得很大的突破。

以晶體硅為電池板的光伏電池僅對500nm-900nm范圍的光具有較高的量子轉 換效率，其他譜段基本沒有反應。也就是說只有波長在500nm-900nm的太陽光照 射在晶體硅電池板上，該板才產生電流，其余波長的光照射在該板上，則不會產 生電流。而太陽光的譜系很寬從紫外一直到紅外，波長從300nm-4000nm。我們 不難發現，短波段300nm-500nm和長波段900nm-4000nm的太陽光對于晶體 硅電池板來說沒有利用價值，也就是說晶體硅電池板只利用了太陽光譜系中十分 之一的光能來發電。另外，紫外部分的光直接照射在電池上會降低電池的壽命， 尤其是含有有機材料的電池，其壽命和穩定性都受到紫外輻射的嚴重影響。理論 計算已表明如果將低于500nm的AM1.5G太陽光通過光譜轉變優化，單晶硅光伏 電池的轉換效率上限將從現有的30.9％升至38.6％，亦即具有25％的提高。目前 國際上澳大利亞、歐共體、美、日等國在通過PL效應提高晶體硅光伏電池對 AM1.5G太陽光的光電轉換效率方面開展的研究相對較多，主要以理論計算和模 擬為主，而在實驗上的研究則進展甚微。通過對現有文獻的查閱我們發現目前在 這方面實驗研究進展甚微的原因在于未能研制出一種用于晶體硅光伏電池的具有 理想光致發光效應的材料。最近，日本科學家采用Kyocera公司制造的多晶硅光 伏電池，在電池表面涂抹一層有機熒光材料使短波長的太陽光轉變成較長波長的 光，電池的轉換效率相對提高了6％。德國和澳大利亞科學家也開展了采用有機 熒光材料進行光譜轉換方面的工作，達到了提高太陽能電池轉換效率的目的。但 實驗方面的研究工作都是基于有機熒光材料的下轉換來開展的，有機材料本身的 壽命也是一個難以克服的問題。另一方面，更具意義的紅外上轉換應用于電池效 率提高還未見報道。同時，降低紫外線對電池的輻射，提高其壽命的實驗研究的 工作更少。因此我們在該方面開展了系統性的研究工作，有效地應用這些未充分 利用的短波長和長波長的太陽光，達到提高太陽能電池的轉換效率、降低成本的 目的。

要有效地實現光譜的上下轉換，達到電池充分利用太陽光提高其光電轉換效 率的目的，一方面，必須在研制出具有上下光譜轉換材料的基礎上，認清光譜轉 換機制，使得其光吸收及光發射的波段可調控，有利于電池的光電轉換的實現； 另一方面，要認清材料內的能量傳輸機制，提高材料本身的光-光轉換量子效率， 從而提高電池的光電轉換效率；同時還要研究光轉換層與電池受光面間的光耦合 效應，使得電池對入射光及轉換光達到優化狀態。

發明內容

本發明首要目的是：

制備一種現有光伏電池能利用的光譜范圍外的各種波長的光線轉化到有用 的光譜范圍內的轉光(長余輝)透明薄膜。提高光電轉化率，并貯藏光能，至晚間 仍能發光使光伏電池發電。

技術方案是：

基于上述思路，本發明將下轉換材料(下轉換是將紫外光轉變為光伏電池板 的光譜響應光)、上轉換材料(上轉換是將紅外光轉換到光伏電池板的光譜響應 光)、長余輝發光材料進行了充分的選擇、制備，并將它們與高分子材料混合造粒 做成透明薄膜。該薄膜可覆蓋在光伏電池板表面。

本發明優點是：

1.增加光伏電池的太陽光利用率。

2.延長了光伏電池板的發電時間。