[發明專利]一種用于太陽能電池的材料

有效

• 申請號: 201310079027.X
• 申請日: 2013-03-13
• 公開（公告）號: CN103208371A
• 公開（公告）日: 2013-07-17
• 發明（設計）人: 高敬群;張磊;王君;吳瓊;翟宇;李曙光
• 申請（專利權）人: 遼寧大學
• 主分類號: H01G9/20
• 分類號: H01G9/20;H01G9/042
• 代理公司: 沈陽杰克知識產權代理有限公司 21207
• 代理人: 楊光

技術領域

本發明屬于太陽能電池材料領域，具體地涉及一種高可見光活性的Er³⁺:YAlO₃/TiO₂復合膜和Er³⁺:Yb_0.2Y_0.79N_0.1F_0.1AlO_2.8/TiO₂復合膜的制備并將其應用在太陽能電池的電極材料中。

背景技術

隨著全球經濟的發展和人口的急劇增加，人類對能源的需求飛速增長，由此引發的能源危機和環境污染成為亟待解決的嚴重問題。一方面，目前世界能源供應主要依靠煤炭，石油，天然氣等化石能源，這些化石能源本質是數萬年前甚至更長時間經滄海桑田的變化而演化成今天地球上的能源礦藏，經歷人類近百年的消耗已經不可逆轉地走向枯竭。據世界能源委員會預測，石油將在43年后枯竭，天然氣將在66年后用盡，資源量最大的煤炭也只夠使用169年。另一方面，化石能源的開發和利用會造成嚴重的環境污染與生態破壞，對人類和其它生物的生存環境產生嚴重的危害。而且化石燃料的開采所造成的環境污染以及燃燒產生的二氧化碳導致的溫室效應，極大的改變了人類和其它生物的生存環境，使我們面臨前所未有的挑戰。因此，找到一種新的能源便顯得尤為重要。尋求環境友好、清潔和可再生的綠色能源，例如：太陽能、風能、生物能、水能、氫能和地熱能等，已成為了人們廣泛關注的焦點。在所有可替代能源中，太陽能豐富、安全、獲取方便，因此對太陽能的開發利用特別是對太陽能轉化為電能的研究引起了人們的廣泛關注。

太陽能是分布最廣泛的可再生能源，太陽能占地球總能量99?%以上。據測算，太陽每秒鐘釋放出的能量相當于燃燒1.28億噸標準煤所放出的能量，每年輻射到地球表面的能量約為17萬億千瓦時，相當于目前全世界一年能源總消耗量的3.5萬倍；另外，與其它能源相比，太陽能具有不受地理條件限制、安全、高效、清潔、低成本等優勢。因此，無論是從現實需求，還是從未來的發展潛力來看，在各類可再生能源中，太陽能都是世界各國予以開發利用的首選。美國、日本、德國等國家都頒布了相應的法律法規，鼓勵使用太陽能等可再生能源。我國是世界上能源消費增長最快的國家，也是SO₂，NO，CO₂排放大國，環境污染的壓力愈來愈大。

以太陽能光伏技術為支撐的太陽能利用正在給人類的能源消費結構帶來革命性的變化。2008年的奧運會，北京成為我國在太陽能應用方面的最大展示窗口，“新奧運”充分體現“環保奧運、節能奧運”的新概念，奧運會場館周圍80?%~90?%的路燈利用太陽能光伏發電技術。太陽能電池是當前世界開發和利用太陽能的一種普遍形式，具有不消耗燃料，不受地域限制，規模可靈活組合，無污染，無噪音，安全可靠，維護簡單，建設周期短等優點，最具有大規模應用的可能性，它是利用光伏效應將太陽能轉換成電能以供給用戶使用。太陽能電池是全球增長最快的高技術產業之一，其生產量已由1971年始的100?KW，按每年10?%的速度增加至今。太陽能電池的應用范圍非常廣泛，應用領域包括農村電氣化、交通、通信、石油、氣象、國防等。光伏電源系統解決了許多農村學校、醫療所、家庭照明、電視等用電，對發展邊遠貧困地區的社會經濟和文化發揮了十分重要的作用。我國西藏有7個無電縣城采用光伏電站供電，社會經濟效益非常顯著。

目前，市場上比較常見的是硅太陽能電池，它的最高轉化效率可達到25?％左右。但制作工藝復雜，成本昂貴等缺點限制了它進一步的商業化和廣泛使用。經過長時間的探索，納米TiO₂半導體因具有較大的禁帶寬度和穩定的耐光腐蝕性而被認為是極具潛力的太陽能電池的光電極材料。因此，進入二十一世紀以來，納米TiO₂太陽能電池的研究成為熱點。然而，納米TiO₂組裝的電極由于禁帶寬度較大（銳鈦礦型納米TiO₂的禁帶寬度為3.12?eV)，只能吸收紫外光，對只含有不到5?%紫外光的太陽能的利用率較低，導致其光電轉換效率較低，所以單獨使用納米TiO₂組裝電極存在嚴重弊端。

發明內容