[發明專利]基于三碘化銫錫的光波導熒光聚光結構及其制備方法

有效

• 申請號: 201310025173.4
• 申請日: 2013-01-24
• 公開（公告）號: CN103117320A
• 公開（公告）日: 2013-05-22
• 發明（設計）人: 任宇航;沈凱;張進
• 申請（專利權）人: 尚越光電科技有限公司
• 主分類號: H01L31/052
• 分類號: H01L31/052;H01L31/055;H01L31/18;G02B6/122;G02B6/13
• 代理公司: 杭州華知專利事務所 33235
• 代理人: 張德寶

技術領域

本發明涉及太陽能能源領域，尤其是指一種基于三碘化銫錫的光波導熒光聚光結構及其制備方法。

背景技術

三碘化銫錫CsSnI₃化合物的研究始于1974年，斯凱夫（Scaife）等人首次對粉狀CsSnI₃進行了結構分析，之后莫爾斯貝格（Mauersberger）和休伯（Huber）等研究組獨立合成和標定了黃色針狀的CsSnI₃微晶。但直到1991年，CsSnI₃多晶體才被發現：該多晶體因呈現黑色光澤，故被稱為黑CsSnI₃。黑CsSnI₃是通過將黃色CsSnI₃微晶加熱到425?K以上相變得到。通過對不同溫區的結構和晶相X光分析，黑CsSnI₃晶體的三種不同晶體結構被確定：在450K時呈現理想的立方鈣鈦礦結構（α相），當冷卻到426K時，其晶體向四角結構（β相）轉化，而在351K時變為斜方結構（γ相）。直到最近，博列洛等人根據前人得到的的晶體結構數據利用第一性原理計算了三種晶體的電子結構，確認這三種晶體相都具有直接帶隙，并且Eg(α)?<?Eg(β)?<?Eg(γ)。

鈣鈦礦結構的三碘化銫錫CsSnI₃及其衍生化合物均具有與太陽光譜非常匹配的直接帶隙（1.3eV至1.4eV），其合成原材料在自然界大量存在、無毒且便于加工。由于強激子相互作用，該材料的光吸收系數很大，在室溫下幾乎可以吸收全部的太陽光子。三碘化銫錫CsSnI₃及其衍生化合物中的元素融化溫度相近，易形成類似單晶體的材料結構，并且CsSnI₃薄膜可用簡單的物理和化學法來制備。值得注意的是，CsSnI₃的熒光發光峰在950?納米附近，與其寬吸收帶（小于930納米）分開，所以CsSnI₃可作為一種具有較大潛力的聚光太陽能電池材料，可將CsSnI₃置于光波導結構中此類熒光聚光結構來設計制成一種新型的熒光聚光器來提高吸收峰在950納米左右的太陽能電池的光電轉換效率。

而目前太陽能電池領域所使用的太陽能電池本地裝置安裝復雜，異地傳輸轉化效率低，成本需求也大。

公告日為2011年1月5日、公告號為CN101498813B的專利文件公開了一種晶圓級光波導及其制造方法，利用半導體集成電路制造工藝，能夠制造出接觸面光滑、厚度均勻且端面為任意角度鏡面的微米級光波導。該光波導一定程度上降低了成本，采用的仍為傳統材料，太陽能電池本地裝置安裝復雜，光電傳輸轉化效率仍然不高。

發明內容

為了解決太陽能電池本地裝置安裝復雜而異地傳輸轉化效率低的問題，本發明提出了一種基于三碘化銫錫的光波導熒光聚光結構，吸收寬頻太陽光后放出單一波長的熒光，傳輸至異地太陽能電池轉化可得到低成本和較高光電轉化效率的新型太陽能電池，可簡化太陽能電池本地裝置，更高效，更穩定，使用壽命更長。

本發明所采用的技術方案是：一種基于三碘化銫錫的光波導熒光聚光結構，包括基片、鏡面反射層、內層分光薄膜、三碘化銫錫層和外層分光薄膜，所述的鏡面反射層設置在基片上，所述的內層分光薄膜設置在鏡面反射層上，所述的三碘化銫錫層設置在內層分光薄膜上，所述的外層分光薄膜設置在三碘化銫錫層上，三碘化銫錫層由三碘化銫錫或三碘化銫錫的衍生化合物組成。

本發明采用三碘化銫錫或其衍生物作為光波導結構的材料，三碘化銫錫層受到太陽光輻照后發出950納米的熒光，從而可通過改變各種光波導合成和匹配參數等條件來優化光吸收和反射的各種光電參數，可以輕易地將太陽光能量轉化為單一波長并傳輸至異地以建造低成本和較高光電轉化效率的新型太陽能電池結構，更高效，更穩定，使用壽命更長。其中，三碘化銫錫的衍生化合物主要是指鹵素摻雜的三碘化銫錫，例如：氟摻雜的三碘化銫錫（CsSnI_3-XF_X），其中0＜X＜3。三碘化銫錫及其衍生化合物在自然界大量存在、無毒且便于加工，是具有極大潛力的聚光太陽能電池材料。

作為優選，所述的基片為玻璃、金屬箔片、柔性有機聚合物、硅片或陶瓷片。本發明的基片選擇范圍寬，無特殊限制。

作為優選，所述的鏡面反射層為金屬，鏡面反射層的厚度為5納米至1微米。

鏡面反射層可采用各種金屬材料，如銀、鋁、錫和鉑等。鏡面反射層反射透過光波導結構的太陽光，提高太陽光的利用率。