[發明專利]一種可用于硅基太陽能電池的光子級聯發射材料

無效

• 申請號: 200810232731.3
• 申請日: 2008-12-09
• 公開（公告）號: CN101436615A
• 公開（公告）日: 2009-05-20
• 發明（設計）人: 王大偉
• 申請（專利權）人: 彩虹集團公司
• 主分類號: H01L31/02
• 分類號: H01L31/02;H01L31/055
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司
• 代理人: 陸萬壽

技術領域

本發明涉及一種用于提高太陽光利用率的光子級聯發射材料，即光轉換材料，涉及稀土共摻雜材料和硅基太陽能電池領域，尤其是一種可用于硅基太陽能電池的光子級聯發射材料。

背景技術

由于傳統礦物能源的不可再生性和使用后對環境的污染性，太陽能的利用成為了緩解能源緊張和減輕環境污染的有效途徑，當前對于太陽能的利用主要是通過太陽能電池將光能轉換成電能。在太陽能電池中硅基太陽能電池以其較高的光電轉換效率和穩定的運行狀態成為當前產業化的主流。

光子級聯發射材料是指在稀土離子單摻雜或者共摻雜的材料中，吸收一個光子，發射出兩個或者兩個以上光子的材料，這種材料的內量子效率可以達到或者超過200％，從而提高光的輸出。

硅基太陽能電池中采用的核心材料是半導體材料硅，硅的帶隙寬度是1.12eV，只要激發光的波長小于1100nm，就可以導致硅價帶上的電子被激發到導帶，從而產生光電流。根據光電效應原理，對于硅，只要是波長小于1100nm，一個光子只能產生一個電子。波長為250nm～600nm的一個光子激發硅產生一個電子后，其多余的能量是以晶格聲子的形式釋放，造成硅溫度的升高，這不但導致能量的浪費，還產生了由于硅元件溫度太高而導致的一系列問題。

發明內容

本發明的目的是提供一種對于波長小于500nm光子的能量能夠充分利用，避免熱效應，從而提高太陽能電池的太陽光利用率的一種可用于硅基太陽能電池的光子級聯發射材料。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種可用于硅基太陽能電池的光子級聯發射材料，其特別之處在于，是共摻雜在氟氧化物陶瓷玻璃中的Pr³⁺和Yb³⁺、Er³⁺和Yb³⁺、或Nd³⁺和Yb³⁺。

化學組成為m(SiO₂—Al₂O₃—AlF₃—NaNO₃—RF₃)：n(xY₂O₃—yYb₂O₃—zRE₂O₃)，其中R代表Y或La，其中RE代表Pr、Nd、或Er，其中0.5≤x≤0.99，0.01≤y+z≤0.5，1≤m：n≤99。

其中SiO₂—Al₂O₃—AlF₃—NaNO₃—RF₃以重量份計其組分為

SiO₂????????????????60～85

Al₂O₃???????????????1～10

AlF₃????????????????1～5

NaNO₃???????????????1～3

RF₃?????????????????1～3

在制備過程中，需要在溫度450～550℃條件下退火2～5個小時。

本發明是為了克服以上的問題，提出了一種光子級聯發射材料，該材料是稀土摻雜的玻璃陶瓷材料，其中成對的稀土離子可以是Pr³⁺和Yb³⁺，Nd³⁺和Yb³⁺，或者Er³⁺和Yb³⁺。該材料可以把一個大能量的光子轉化成兩個小能量光子，同時這兩個小能量的光子仍然可以激發硅價帶上的電子到導帶，這樣一個大能量的光子可以產生兩個或者兩個以上的電子，這個過程一方面可以提高太陽光的利用率，同時可以減少多余能量所導致的熱效應。

相較與現有技術，由于本發明中的陶瓷玻璃有從300nm到4500nm的透過范圍，同時其聲子能量較低，而且在其中的稀土可溶性較好，材料本身很穩定，因此是一種較好的發光材料載體。

附圖說明

附圖1是共摻雜在玻璃陶瓷材料中稀土Pr³⁺和Yb³⁺能級圖；

附圖2是共摻雜在玻璃陶瓷材料中稀土Nd³⁺和Yb³⁺能級圖；