[發(fā)明專利]一種近紅外量子剪裁透明薄膜及其制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110149912.1
• 申請日: 2011-06-03
• 公開（公告）號: CN102321476A
• 公開（公告）日: 2012-01-18
• 發(fā)明（設計）人: 王如志;曲銘浩;嚴輝;張銘;王波;宋雪梅;朱滿康;侯育冬;劉晶冰;汪浩
• 申請（專利權(quán)）人: 北京工業(yè)大學
• 主分類號: C09K11/78
• 分類號: C09K11/78;C23C14/28
• 代理公司: 北京思海天達知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于固體發(fā)光材料領(lǐng)域，尤其是涉及一種能夠?qū)崿F(xiàn)高效近紅外量子剪裁下轉(zhuǎn)換發(fā)光的稀土摻雜透明薄膜及其制備工藝。

背景技術(shù)

太陽能電池光伏發(fā)電是一種清潔、安全的可再生能源，由于受到原理、結(jié)構(gòu)以及材料等諸多方面的限制，傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)太陽能電池效率的提升面臨著重大挑戰(zhàn)。硅作為最常見、最重要的半導體材料，不僅是電子芯片、集成電路的基礎材料，也在光伏產(chǎn)業(yè)中發(fā)揮著絕對的主導作用。由于硅太陽電池將長期處于統(tǒng)治地位，因此開展提高硅太陽電池對光的利用效率的研究具有極其重要的意義。然而由于受到半導體硅帶隙的制約作用，大約有30％的太陽光輻射能量因熱損失而浪費，這成為制約太陽電池效率提高的瓶頸之一。即當電池吸收高能光子產(chǎn)生“熱”載流子，“熱”載流子弛豫導帶底或價帶頂，這部分能量以晶格熱的形式損失，即為熱損失。

將具有量子剪裁下轉(zhuǎn)換效應的發(fā)光材料與太陽電池耦合，通過對太陽光譜進行調(diào)制有可能實現(xiàn)減少載流子的熱損失，提高太陽電池效率。紅外下轉(zhuǎn)換材料的研究在最近幾年取得了豐富的成果，從2005年首次發(fā)現(xiàn)紅外量子剪裁現(xiàn)象的Tb³⁺-Yb³⁺離子對，到Tm³⁺-Yb³⁺、Pr³⁺-Yb³⁺等離子對，再到Ce³⁺-Yb³⁺、Eu²⁺-Yb³⁺離子對，在大量的材料中都觀察到了紅外量子剪裁現(xiàn)象。但是現(xiàn)在人們對下轉(zhuǎn)換材料的研究還主要處于粉體，由于粉體對入射光散射嚴重，透明性差，限制了其在太陽電池上的實際應用。透明薄膜由于與硅太陽電池工藝兼容且具有高透明性，因此該材料在降低硅太陽電池熱化效應、提高光電轉(zhuǎn)換效率方面具有重要應用價值。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種能有效提高硅基太陽能電池的工作效率的紅外量子剪裁透明薄膜材料及其制備方法。

一種能有效提高硅基太陽能電池的工作效率的紅外量子剪裁透明薄膜材料，其特征在于，由以下成分組成：Y₂O₃、Bi₂O₃和Yb₂O₃，其中Bi₂O₃摩爾分數(shù)為0.25～1％，Yb₂O₃摩爾分數(shù)為0.5～5％。

本發(fā)明所提供的一種能有效提高硅基太陽能電池的工作效率的紅外量子剪裁透明薄膜材料制備方法，包括以下步驟：

(1)在Y₂O₃粉體中加入Bi₂O₃粉體和Yb₂O₃粉體，其中Bi₂O₃粉體摩爾分數(shù)為0.25～1％，Yb₂O₃粉體摩爾分數(shù)為0.5～5％，然后球磨混合，烘干后在1200℃煅燒12h，將此粉體采用熱壓法壓制成陶瓷靶材。

(2)采用步驟(1)制成的Y₂O₃:Bi，Yb陶瓷靶材，利用激光脈沖沉積方法，制備薄膜材料：以硅片或石英為襯底，通入純度為99.999％的O₂，襯底溫度為400～800℃，靶基距為5～8cm，工作氣壓為0.5～10Pa，激光能量為100～400mJ/脈沖。上述襯底溫度優(yōu)選700℃，靶基距7cm，工作氣壓為1Pa，激光能量為350mJ/脈沖。

該透明薄膜能有效吸收300-400nm紫外光，在400-900nm可見光范圍透過率超過90％，經(jīng)量子剪裁過程，發(fā)射出兩個能被硅基吸收的紅外光子。將該透明薄膜沉積在硅太陽電池上表面，降低硅太陽電池的熱化效應，提高電池的光電轉(zhuǎn)換效率。

相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下優(yōu)點和有益效果：

(1)本發(fā)明的紅外量子剪裁材料能吸收紫外光，通過量子剪裁，高效轉(zhuǎn)換成紅外光，其量子效率超過152％，而目前一般的發(fā)光材料的量子效率都遠低于100％。