[發明專利]一種偏振吸收的透明太陽能電池

無效

• 申請號: 201310340036.X
• 申請日: 2013-08-06
• 公開（公告）號: CN103413894A
• 公開（公告）日: 2013-11-27
• 發明（設計）人: 甄紅宇;李衎;李海峰;沈偉東;章岳光;劉旭
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H01L51/50
• 分類號: H01L51/50
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 胡紅娟

技術領域

本發明屬于太陽能電池領域，具體涉及一種偏振吸收的透明太陽能電池。

背景技術

近50年，人類社會的能源消耗速度迅速上升。由于現今的能源主要來自于火力發電，這直接導致了地球上煤、石油、天然氣等不可再生能源的儲量快速下降。一方面由于上述能源的儲量有限，不能長久的供給人類社會；另一方面，由于化石燃料的燃燒，導致的生態環境破壞，會對地球生態產生不可估量的負面影響。為了解決能源問題，開發新型可再生清潔能源是一項重要而且緊急的工作。太陽能是一種重要的可再生能源，也是人類所能利用的唯一取之不盡的清潔能源。

目前，太陽能的開發與利用主要分為熱能利用和光能利用，太陽能熱能利用是指通過利用陽光加熱水產生蒸汽等方式以利用其內能；光能利用是指利用太陽能電池將太陽能轉化為電能來進行利用。因電能更易儲存和輸送，將太陽能直接轉化為電能更利于太陽能的綜合利用，因此，太陽能電池在近幾十年中成為了各國研發的熱點。

太陽能電池又被稱為“太陽能芯片”或“光電池”，是一種通過光電效應或光化學效應直接將光能轉化為電能的裝置。但由于普通的太陽能電池需要吸收可見光，因此多為黑色，這大大地限制了其使用范圍。目前新研發的透明太陽能電池就可以改善普通太陽能電池的這一缺點，擴大了其使用范圍。

透明太陽能電池的吸收窗口主要集中在紫外波段、紅外波段和少量的可見波段，對可見光具有很好的透過率，因此可以應用于很多場合，例如大廈的玻璃幕墻，車窗玻璃、平板電腦、手機屏幕等。

將透明太陽能電池用作玻璃幕墻，既不會阻隔人們的視線，又可以將吸收的不可見光用于發電，節省了能源。目前研發的透明太陽能電池可以達到2%的光電轉換效率和70%的透明度，因此，如何進一步提高光電轉換效率是目前研究的重點。

普通的偏振元件在收到入射光，實現偏振功能的同時，大部分的入射光會通過反射或其它形式損失掉，會造成較大的能源的浪費。例如，在當今使用最多的液晶顯示（LCD）技術中，由于LCD中背光需要經過起偏振才能進行工作，但是在偏振原件中大約有75%左右的光能會通過反射以及其他形式最終不能輸出，導致了巨大的光源浪費。

因此，能否找到一個在實現偏振功能的同時，實現對其它入射光的吸收利用，減少能源浪費的方法，將具有重要的實際意義。

發明內容

本發明提供了一種偏振吸收的透明太陽能電池，利用其內部的金屬光柵結構，產生等離子體增強作用，在不影響其可見光透過率的同時，提高了透明太陽能電池的光電轉換效率。

一種偏振吸收的透明太陽能電池，是由襯底、太陽能電池主體和封裝層三部分構成。所述的太陽能電池主體由透明陽極薄膜層、光電轉換層和透明陰極薄膜層構成，所述的光電轉化層中嵌有金屬光柵。

首先對入射光的偏振方向進行定義（如圖2）：

偏振方向平行于光柵周期方向，定為TE方向；

垂直于光柵周期方向，定為TM方向。

自然光可以分解為偏振方向相互垂直的兩束偏振光，本發明的偏振吸收的透明太陽能電池，在光電轉化層內部嵌入金屬光柵，光柵結構周圍電磁場與入射自然光中的某一偏振分量發生共振。由于我們采用的是平面光柵，某一偏振分量即為TE偏振分量，當電磁場與TE偏振分量共振，產生大幅的等離子體增強，這種等離子體近場增強會耦合到光電轉化層材料中，增加了對TE偏振分量的吸收強度，而對于TM偏振分量的光強度影響很小，因此對TM偏振分量能夠保持較高的透過率，從而實現了偏振吸收（透過）。

不同的金屬對應不同的等離子體激發波長，因而通過選擇不同的金屬可以實現對某一波段光的偏振吸收。作為優選，所述的金屬光柵采用的金屬材料為銀（Ag）、金（Au）或鋁（Al），進一步優選，所述的金屬材料為銀。相比于其他兩種金屬，金屬銀通過制備適當的金屬結構和尺寸，可以在可見光光譜內激發較強的等離子體增強，該波段的光吸收強度提高較大；而且金屬銀價格相對較低，適應于商業應用。

作為優選，所述金屬光柵的光柵周期為50nm～400nm。光柵周期根據采用不同的光電轉化材料，以及不同的金屬而不同，周期需要進行優化以達到最佳的吸收強度。進一步優選，所述的金屬采用銀（Ag）時，其光柵周期為175nm，此時，光電轉化層的光吸收強度達到最佳。