CN101320756A

CN101320756A - 增加太阳能光伏电池光电转化率的透明薄膜的制备

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Publication number: CN101320756A
Application number: CNA2007103025104A
Authority: CN
Inventors: 徐耀平; 鲍玉龙
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-12-28
Filing date: 2007-12-28
Publication date: 2008-12-10

Abstract

本发明公开了一种用于增加太阳能光伏电池光电转化效率的透明薄膜的制备方法。所述的太阳能光伏电池增效薄膜含有：1.至少一种下转换剂A；2.至少一种上转换剂B；3.至少一种上下转换剂C；4.至少三种可见光激发长余辉转光剂D、E、F；5.基体树脂(聚乙烯，聚丙乙烯或聚氯乙烯)；6.与1、2、3、4和5几种材料相容的抗老化剂；本发明的太阳能光伏电池增效透明薄膜具有光转换和夜间发光的特性，且持久稳定，可使普通光伏电池板更长时间、更有效地利用太阳能，最高能使常用普通光伏电池的光电转化率提高30％以上，即能使常用光伏电池的光电转化效率达到约22％以上。

Description

增加太阳能光伏电池光电转化率的透明薄膜的制备

技术领域

本发明涉及太阳能光伏电池系统工程，能显著提高光伏电池的光电转化率，属于太阳能利用技术领域。

背景技术

能源问题一直是各国政府关注和研究的重点。目前以石油为燃料的能源体系正受到资源枯竭、环境污染、价格上涨等因素的挑战。因此，如何最大程度地合理使用清洁能源(太阳能、氢能、风能等)的思路应运而生。而太阳能光伏电池(光-电转化)的应用正是这一思路具体实施的产物。

太阳能光伏技术是一种最有前景的可再生能源技术。目前晶体硅(单晶和多晶)在太阳能光伏产业中占绝对主导地位(约占90％)。但目前以硅晶体为电池板的光电转化效率低，最高的转化率也只有17％。而且在光伏电池中电池板占有的成本较高，对目前市场的推广起到很大的制约作用。因此，提高光伏电池的太阳光转换效率从而降低其成本是目前该研究领域的重点，其基本要求之一是最大限度地将太阳光的各谱段的光能转化为电能，所以我们着重在这一领域关注世界各国的研究动向，并取得很大的突破。

以晶体硅为电池板的光伏电池仅对500nm-900nm范围的光具有较高的量子转换效率，其他谱段基本没有反应。也就是说只有波长在500nm-900nm的太阳光照射在晶体硅电池板上，该板才产生电流，其余波长的光照射在该板上，则不会产生电流。而太阳光的谱系很宽从紫外一直到红外，波长从300nm-4000nm。我们不难发现，短波段300nm-500nm和长波段900nm-4000nm的太阳光对于晶体硅电池板来说没有利用价值，也就是说晶体硅电池板只利用了太阳光谱系中十分之一的光能来发电。另外，紫外部分的光直接照射在电池上会降低电池的寿命，尤其是含有有机材料的电池，其寿命和稳定性都受到紫外辐射的严重影响。理论计算已表明如果将低于500nm的AM1.5G太阳光通过光谱转变优化，单晶硅光伏电池的转换效率上限将从现有的30.9％升至38.6％，亦即具有25％的提高。目前国际上澳大利亚、欧共体、美、日等国在通过PL效应提高晶体硅光伏电池对AM1.5G太阳光的光电转换效率方面开展的研究相对较多，主要以理论计算和模拟为主，而在实验上的研究则进展甚微。通过对现有文献的查阅我们发现目前在这方面实验研究进展甚微的原因在于未能研制出一种用于晶体硅光伏电池的具有理想光致发光效应的材料。最近，日本科学家采用Kyocera公司制造的多晶硅光伏电池，在电池表面涂抹一层有机荧光材料使短波长的太阳光转变成较长波长的光，电池的转换效率相对提高了6％。德国和澳大利亚科学家也开展了采用有机荧光材料进行光谱转换方面的工作，达到了提高太阳能电池转换效率的目的。但实验方面的研究工作都是基于有机荧光材料的下转换来开展的，有机材料本身的寿命也是一个难以克服的问题。另一方面，更具意义的红外上转换应用于电池效率提高还未见报道。同时，降低紫外线对电池的辐射，提高其寿命的实验研究的工作更少。因此我们在该方面开展了系统性的研究工作，有效地应用这些未充分利用的短波长和长波长的太阳光，达到提高太阳能电池的转换效率、降低成本的目的。

要有效地实现光谱的上下转换，达到电池充分利用太阳光提高其光电转换效率的目的，一方面，必须在研制出具有上下光谱转换材料的基础上，认清光谱转换机制，使得其光吸收及光发射的波段可调控，有利于电池的光电转换的实现；另一方面，要认清材料内的能量传输机制，提高材料本身的光-光转换量子效率，从而提高电池的光电转换效率；同时还要研究光转换层与电池受光面间的光耦合效应，使得电池对入射光及转换光达到优化状态。

发明内容

本发明首要目的是：

制备一种现有光伏电池能利用的光谱范围外的各种波长的光线转化到有用的光谱范围内的转光(长余辉)透明薄膜。提高光电转化率，并贮藏光能，至晚间仍能发光使光伏电池发电。

技术方案是：

基于上述思路，本发明将下转换材料(下转换是将紫外光转变为光伏电池板的光谱响应光)、上转换材料(上转换是将红外光转换到光伏电池板的光谱响应光)、长余辉发光材料进行了充分的选择、制备，并将它们与高分子材料混合造粒做成透明薄膜。该薄膜可覆盖在光伏电池板表面。

本发明优点是：

1.增加光伏电池的太阳光利用率。

2.延长了光伏电池板的发电时间。

3.在现有光伏电池板的生产中可直接应用。

4.也可应用于正在使用的光伏电池板上。

5.下转换材料转换了紫外光，延长光伏电池板寿命。

实施方式：

本发明的产品是：增加太阳能光伏电池光电转化效率的透明薄膜。制备方法如下：

将下列化合物：ZnO:Eu²⁺(或ZnS:Eu²⁺)、La₂O₃:yb³⁺(或Y₂O₃:Er³⁺)、Y₃NbO₇:Er³⁺、Y₂O₂S:Mg²⁺，Ti⁴⁺，Eu³⁺、Sr₄Al₁₄O₂₅:Eu²⁺，Dy³⁺、SrAl₂O₄:Eu²⁺，Dy³⁺、聚乙烯(聚丙乙烯或聚氯乙烯)、抗老化剂混合造粒。其中：

(1)、ZnO:Eu²⁺(或ZnS:Eu²⁺)为下转换剂(简称：A)，将紫外光转化为光伏电池板的光谱响应光，颗粒粒径为10～30nm；

(2)、La₂O₃:Yb³⁺(或Y₂O₃:Er³⁺)为上转换剂(简称：B)，将红外光转化为光伏电池板的光谱响应光，颗粒粒径为10～25nm；

(3)、Y₃NbO₇:Er³⁺为上下转换剂(简称：C)，即它同时能将紫外光和红外光转化为光伏电池板的光谱响应光，颗粒粒径为15～30nm；

长余辉发光材料是白天受太阳光激发到夜间没有太阳光时它们开始发光

(4)、Y₂O₂S:Mg²⁺，Ti⁴⁺，Eu³⁺为长余辉发光材料(简称：D)，发光波长635nm，颗粒粒径为20～35nm；

(5)、Sr₄Al₁₄O₂₅:Eu²⁺，Dy³⁺为长余辉发光材料(简称：E)，发光波长486nm，颗粒粒径为20～30nm；

(6)、SrAl₂O₄:Eu²⁺，Dy³⁺为长余辉发光材料(简称：F)，发光波长520nm，颗粒粒径为10～30nm；

(7)、聚乙烯(聚丙乙烯或聚氯乙烯)是用于固定上述转换材料和发光材料的树脂基体。

(8)、优选的抗老化剂的包括(但并不限于)：(i)二苯甲酮类、苯并三唑类(ii)受阻胺类自由基捕捉剂(iii)由(i)二苯甲酮类由基捕捉剂经非还原化或氧化氮还原化处理后的抗老化剂(iv)上述各抗老化剂的混合物。

上述物质的混合摩尔比依次为0.1∶0.1∶0.2∶0.2∶0.2∶0.2∶20∶0.1。将造粒后的白色透明粒子，用吹膜机(压延机)制成0.002-0.05mm厚的透明薄膜。

附图说明

图1是Y₃NbO₇:Er³⁺的X光衍射图

图2是Y₃NbO₇:Er³⁺的光谱转换图

图3是本发明透明薄膜透光率图

发明创新点

1、能将300nm-500nm和900nm-4000nm的光转化为晶体硅电池板能响应产生电流的500nm-900nm的光，最高能使常用普通光伏电池的光电转换效率达到约22％以上。

2、添加了长余辉发光材料，是白天受太阳光激发到它们开始发光，使得光伏电池板能在夜间没有太阳光时接受光照从而产生电能。

3、添加了上下转换剂Y₃NbO₇:Er³⁺，它能同时将紫外光和红外光转化为光伏电池板的光谱响应光，提高了光电转换效率。

4将上转化材料、下转化材料、上下转化材料和长余辉发光材料混合造粒制成透明透明度薄膜，在实际生活中可方便使用。

Claims

1.一种增加太阳能光伏电池转化率的一种透明膜，借助下转换材料(下转换材料是将紫外光转变为光伏电池板的光谱响应光)、上转换材料(上转换材料红外光转变为光伏电池板的光谱响应光)及长余辉发光材料与高分子材料混合制成透明薄膜。

2.根据权利要求1的方法，其特征是薄膜中含有一种或二种下列下转换材料：ZnO:Eu²⁺、ZnS:Eu²⁺，这些下转换材料能将紫外光转变为光伏电池板的光谱响应光，颗粒粒径为10～20nm。

3.根据权利要求1的方法，其特征是薄膜中含有一种或二种下列上转换材料：La₂O₃:Yb³⁺、Y₂O₃:Er³⁺，这些转换材料能将红外光转变为光伏电池板的光谱响应光，颗粒粒径为10～25nm。

4.根据权利要求1的方法，其特征是薄膜中含有一种上下转换材料：Y₃NbO₇:Er³⁺，同时该上下转换材料能将紫外光和红外光转变为光伏电池板的光谱响应光，颗粒粒径为10～30nm。

5.根据权利要求1的方法，其特征是薄膜中含有一种长余辉发光材料：Y₂O₂S:Mg²⁺，Ti⁴⁺，Eu³⁺，其发光波长635nm，颗粒粒径为25～35nm。

6.根据权利要求1的方法，其特征是薄膜中含有一种长余辉发光材料：Sr₄Al₁₄O₂₅:Eu²⁺，Dy³⁺，其发光波长486nm，颗粒粒径为10～30nm。

7.根据权利要求1的方法，其特征是薄膜中含有一种长余辉发光材料：SrAl₂O₄:Eu²⁺，Dy³⁺，其发光波长520nm，颗粒粒径为10～30nm。

8.根据权利要求1、2、3、4、5、6和7的方法其特征是用聚乙烯(聚丙乙烯或聚氯乙烯)作为上转换材料、下转换材料及长余辉发光材料的基本载体造透明粒子。

9.根据权利要求8的方法，其特征是材料粒子用吹膜机生产成透明薄膜。

10.根据权利要求8的方法，其特征是材料粒子用压延机压成透明薄膜。