[發明專利]一種多晶硅平板型熒光太陽集光器的制備方法及其應用

有效

• 申請號: 202010300820.8
• 申請日: 2020-04-16
• 公開（公告）號: CN111478659B
• 公開（公告）日: 2023-04-11
• 發明（設計）人: 車錦銘;張曉偉;金佳明;陳王華
• 申請（專利權）人: 寧波大學
• 主分類號: H02S40/22
• 分類號: H02S40/22;H01L31/054;C09K11/66
• 代理公司: 寧波奧圣專利代理有限公司 33226
• 代理人: 何仲

本發明公開了一種基于長余輝微米顆粒的多晶硅平板型熒光太陽集光器的制備方法及其應用，特點是其制備方法包括鉻離子與鋱離子共摻雜鋅鋁鍺酸鹽發光中心材料制備的步驟：將發光中心粉末與硫醇烯共聚物復合得到多晶硅平板型熒光太陽集光器的步驟，在多晶硅平板型熒光太陽集光器的四周粘貼帶導電金屬PCB板的多晶硅太陽能電池板、其上表面設置頂部減反層且其下表面設置底部金屬反射層得到光伏發電裝置；優點是光電轉換效率高且發光壽命長，且應用到光伏發電裝置中可有效減少入射光子表面反射損耗、平板型光波導內傳輸損耗，從而顯著提高在弱光照條件下的光學收集效率以及光電轉換效率。

技術領域

本發明涉及一種熒光太陽集光器，尤其是涉及一種基于長余輝微米顆粒的多晶硅平板型熒光太陽集光器的制備方法及其應用。

背景技術

多晶硅太陽能電池具有生產原材料豐富、成本低、轉換效率高、穩定性好等優點，受到光伏市場的青睞，目前占據了太陽能電池市場的主要份額。多晶硅太陽電池的轉換效率一般在17-18％之間，稍低于單晶硅太陽能電池，但相比于單晶硅太陽能電池，多晶硅太陽能電池不存在明顯的效率衰退問題，并且易于在廉價襯底材料上制備，其成本遠低于單晶硅太陽能電池，而效率高于非晶硅薄膜太陽能電池。商用的多晶硅電池的最佳光譜響應波段主要集中在500-600nm波段。

傳統的多晶硅光伏發電裝置光電轉換效率受日照條件的影響很大，特別是在夜間或多云、陰雨天等弱光照條件下，多晶硅光伏組件發電效率極其低下。事實上，由于夜間或多云、陰雨天等弱光照條件下，多晶硅光伏器件幾乎不發電，而多晶硅光伏發電裝置中的并網逆變器處于待機狀態，也會持續消耗一部分電量。因此，在夜間或多云、陰雨天等弱光照條件下，商用的多晶硅光伏組件的平均光電轉換效率幾乎為0。另一方面，在正常日照條件下，為了提高多晶硅光伏組件的光電轉換效率，科學家們設計了基于菲涅爾聚光鏡的多晶硅聚光光伏發電裝置。目前，商用的光伏聚光組件普遍利用幾何聚光原理，采用一系列反光鏡和凸透鏡陣列，將更大面積的太陽光聚集到小面積多晶硅光伏電池表面，在一定程度上提高了單位面積內入射光子數目以及單位面積內光伏器件的光電轉換效率。然而，當前的多晶硅聚光光伏發電裝置也面臨著巨大技術挑戰。一方面，聚光型多晶硅光伏發電裝置具有明顯的熱效應，因此光伏器件的平均使用壽命短，單位發電成本居高不下；另一方面，由于太陽光入射角度每時每刻都在發生變化，傳統多晶硅光伏聚集器中凸透鏡陣列的焦點不斷偏移，為了確保光伏聚集器中的光子到達太陽能電池的光子收集區域，需要增加一套對日追蹤系統實時追蹤入射太陽光，額外的馬達等驅動控制裝置大大提高了聚光光伏器件的單位發電成本?？傊?，復雜的冷卻系統與價格不菲的對日追蹤系統的使用，極大地增加了傳統聚光多晶硅光伏器件的單位發電成本和鋪設場地面積。

平板型熒光太陽集光器(Flat-Plate?Luminescent?Solar?Concentrators)是一種新型的太陽光子收集器，被譽為太陽能電池的“光捕手”，近年來受到國內外工業界與科研學術界的廣泛關注。目前已報道的平板型熒光太陽集光器中的發光中心材料普遍采用半導體量子點(如專利公開號:109326672A、110021676A、109904270A等所述)。由于部分量子點的穩定性較差，光照條件下易分解(如鈣鈦礦量子點等)、部分量子點的光致發光量子產率低，集光效率低下(如碳量子點等)、部分量子點毒性較強，制備工藝復雜(如碲化鎘、硫化鎘，銅銦硒、硫化鉛等量子點)?，F有的以量子點作為發光中心材料的平板型集光器面臨著集光效率低、工作穩定性差、光子輸運效率低等技術難題。另一方面，由于量子點的熒光壽命較短(幾乎所有已知的量子點帶隙輻射發光的熒光壽命均小于1毫秒)，因此在夜間或大霧、多云、陰雨天等弱光照條件下，對于現有的基于多種量子點的熒光太陽集光器而言，相應太陽能電池的發電效率幾乎為0，這嚴重限制了平板型集光光伏器件的發展和總體集光性能的提升。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種光電轉換效率高且發光壽命長的基于長余輝微米顆粒的多晶硅平板型熒光太陽集光器的制備方法及其應用，其應用到光伏發電裝置中可有效減少入射光子表面反射損耗、平板型光波導內傳輸損耗，從而顯著提高在弱光照條件下的光學收集效率以及光電轉換效率。