[發明專利]具有熒光粉的太陽能電池與其制造方法

無效

• 申請號: 201110368737.5
• 申請日: 2011-11-17
• 公開（公告）號: CN102683466A
• 公開（公告）日: 2012-09-19
• 發明（設計）人: 王崇宇;陳怡坊
• 申請（專利權）人: 王崇宇;陳怡坊
• 主分類號: H01L31/055
• 分類號: H01L31/055;H01L31/18;C09K11/80;C09K11/79;C09K11/81
• 代理公司: 北京市浩天知識產權代理事務所 11276
• 代理人: 雒純丹

技術領域

本發明涉及一種太陽能電池，特別是涉及一種具有熒光粉的太陽能電池與其制造方法。

背景技術

在能源危機與環保問題的雙重訴求下，開發能自產的綠色能源，已成為人類的最重要課題，而太陽能同時具有普遍性、自產性及環保性，為最佳的再生能源之一。太陽能電池直接將太陽能轉換成電能，其運作不產生毒性物質、溫室氣體及噪音，其操作相當安全，亦僅需低廉的維護成本，況且太陽能為取之不盡、用之不竭的理想再生能源，發展太陽能電池應用的相關材料及技術，為解決現今能源及環保問題的最佳方法及策略。

目前太陽能電池的發展大致上分為兩大類，第一類是以硅為基礎材料，第二類就是非硅基礎材料，第二類目前開發比較多的為：化合物半導體(如CdTe)、染料敏化(DSSC)或有機電池等。現階段的太陽能電池幾乎以第一類為主要發展，因為以硅為基礎材料的太陽能電池的能量轉換效率(conversion?efficiency)較高，其又可以分為：單晶硅、多晶硅、非晶硅、硅薄膜等。目前的太陽能電池市場以單晶及多晶硅的太陽能電池為主，目前市售的單晶硅轉換效率約在20％，至于多晶硅的轉換效率約在17％，這些都離理想目標的轉換效率甚遠，因為實驗室理想的轉換效率分別可達30～40％，該如何提升轉換效率就是一個很重要的發展目標。

在2002年由Trupke等人提出了一個第三代太陽能電池提升效率探討(非專利文獻1)，其中提到了一項利用上、下轉換熒光粉來提升轉換效率，如附圖1所示。這是因為以硅為基礎材料的太陽能電池，受限于硅元素本身的能階大小所致，所以只能吸收太陽光中400至1000nm的光來進行光電轉換，但以一般的太陽光的頻譜來看，太陽光涵蓋的范圍從紫外光(UV)到紅外光(IR)，所以硅材料的吸收光范圍明顯比較狹小。因此，如果可以增加紫外光及紅外光這兩大區塊的利用，應該可以提升很可觀的轉換效率。

一般而言，頻譜或光譜轉換可搭配適當熒光材料，并以下列三種方式實行：上轉換(up?conversion，結構如附圖1(a)所示)、下轉換(down?conversion，結構如附圖1(b)所示及頻譜集中轉換(spectral?concentration)。太陽光譜上轉換的原理，主要是將能量小于太陽能電池材料能隙的入射光子，轉變為能量大于能隙的光子，然后經由反射鏡反射產生高能光子，供太陽能電池再次吸收而產生電子/空穴對(electron-hole?pair)，其最高理論效率為47.6％。而太陽光譜下轉換的原理是將下轉換熒光材料(down?converter)制作于太陽能電池表面上，利用能量大于太陽能電池材料能隙二倍以上的一個入射光子，轉變為能量大于能隙的兩個光子，后供太陽能電池再次吸收而產生兩組電子/空穴對，其最高理論效率為30.9％。第三種選擇則為頻譜集中轉換，其原理主要整合上/下轉換兩者的優點，將入射太陽光的光譜轉換集中于稍大于太陽能電池材料能隙的附近，則能量小于能隙的入射光子被上轉換，亦即能量小于能隙的入射光子被上轉換為高能光子，而能量高于二倍能隙的入射光子被下轉換為低能光子，最終可以有效提升轉換效率，其最高理論效率則決定于上/下轉換材料的種類與兩種結構的耦合。

目前現有技術揭示可用在太陽能電池的上轉換熒光粉，常見的有NaYF₄:Er(非專利文獻2)及NaYF₄:Yb，Er(非專利文獻3)，其可提升太陽能電池的量子效率(quantum?efficiency)。現有技術揭示可用在太陽能電池的下轉換熒光粉，如Y₂O₃:Eu³⁺或Y₂O₂S:Eu³⁺(非專利文獻4)，其利用與高分子(PE及TPP)結合，涂布在實驗室型小尺寸的太陽能電池上。

美國專利2007/0295383A1，揭露將一系列能吸收280至460nm波長(Sr，Ba，Eu)₂SiO₄F_x的納米與微米級熒光粉，整合于硅太陽電池以有效提升其轉換效率。但上述現有技術并未提供可明顯有效提升轉換效率的數據，且均只限應用于實驗室型小尺寸的太陽能電池上，缺乏在商業上大量生產應用的可能。