CN101699636A - 一种可提高太阳能电池转换效率的荧光薄膜的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种可提高太阳能电池转换效率的荧光薄膜的制备方法，涉及一种太阳能电池。提供一种可提高太阳能电池转换效率的荧光薄膜的制备方法。将荧光粉和有机物放入容器中，搅拌溶胀；将容器转移到恒温槽内搅拌溶解得浆液，倒入衬底表面形成薄膜，烘干固化。荧光薄膜中，荧光粉在有机物中均匀分布，表面平整光亮，厚度可控。适用范围广，可选择上转换荧光粉和下转换荧光粉，将红外光、紫外光和蓝光转换成可见光，提高太阳能电池的光转换效率。原料容易获得，价格较低，操作简单，容易实施。荧光薄膜可裁剪，适用于搭配各种形状的太阳能电池。将荧光薄膜覆盖在卤钨灯上，测量其发射光谱，对比纯卤钨灯，在500～700nm波段附近，荧光强度有较大提高。

Description

一种可提高太阳能电池转换效率的荧光薄膜的制备方法
技术领域
本发明涉及一种太阳能电池，尤其是涉及一种可提高太阳能电池转换效率的荧光薄膜的制备方法。
背景技术
太阳能被列为清洁、高效能源而得到世界各国的重视，中国也不例外。目前，太阳能电池的需求极大地促进了太阳能电池技术的发展与成熟。基于光电效应，根据所用材料的不同，太阳能电池可分为硅基太阳能电池和多元化合物薄膜电池。
最早研究且技术最为成熟的单晶硅太阳能电池的转换效率最高(张红梅，尹云华.太阳能电池的研究现状与发展趋势[J].水电能源科学，2008，(26))，目前实验室最高转换效率为24.7％，工业规模生产的单晶硅太阳能电池效率为15％。与单晶硅相比，多晶硅材料的价格较低廉，实验室最高转换效率为20.3％，工业规模生产的转换效率达13％～16％。而薄膜太阳能电池则通过廉价衬底上沉积半导体的方式减少高成本半导体的用量，从而达到降低成本的目的。目前，日本三菱公司在SiO2衬底上制作的多晶硅薄膜太阳能电池效率达到16.5％。多晶硅薄膜太阳能电池的研究重点为制备电池的工艺和薄膜太阳能电池衬底的选择。
目前，太阳能电池主要通过开发不同基质、基质的结构优化和提高硅材料纯度等途径来提高太阳能电池的转换效率，以上途径已有大量的研究，再继续提高转换效率，遇到一定瓶颈。考虑到太阳光谱波段中紫外光谱(＜400nm)占19％，可见光(400～780nm)占49％，红外(＞780nm)占38％，若能将紫外和红外部分光谱转换为可见光(冯迎春.光转换膜在农业上的应用概述[J].西北植物学报2001，21(3)：600-604)，则可以增强太阳光谱的吸收利用率，提高太阳能电池的转换效率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可提高太阳能电池转换效率的荧光薄膜的制备方法。
本发明的技术方案是将有机物(例如PVA、硅树脂、环氧树脂等)作为基体，掺入荧光粉，以不同质量配比搅拌混合，然后涂覆在玻璃或PET薄膜等表面，进行固化处理，制备成为荧光薄膜。
本发明的具体步骤如下：
1)将荧光粉和有机物放入容器中，搅拌溶胀；
2)将容器转移到恒温槽内搅拌溶解，得浆液，静置；
3)将静置后的浆液倒入衬底表面，形成一层薄膜，烘干，固化，即得一种可提高太阳能电池转换效率的荧光薄膜。
在步骤1)中，所述荧光粉和有机物的含量，按质量百分比为荧光粉5％～50％，有机物95％～50％；所述荧光粉可为下转换荧光粉或上转换荧光粉，所述有机物可选自PVA、硅树脂或环氧树脂等；所述搅拌溶胀最好在室温下搅拌溶胀10～60min。
在步骤2)中，所述搅拌溶解的温度最好为50～90℃，搅拌溶解的时间最好为1～5h。
在步骤3)中，所述衬底可为玻璃或PET薄膜等；所述薄膜的厚度最好为0.1～1.0mm；所述形成一层薄膜的方法可采用流延方式用玻璃棒等工具刮出一层薄膜；所述烘干的温度最好为100～150℃，烘干的时间最好为1～5h。
本发明具有以下突出的优点：
1)所得荧光薄膜中，荧光粉在有机物中均匀分布，表面平整光亮。
2)本发明利用不同荧光粉分别具备上转换或下转换光谱的功能，把荧光粉制成薄膜，粘附在太阳能电池表面，使紫外至蓝光区光谱或红外区光谱转换为可见光区的绿、黄、红光谱，充分发挥太阳能电池在该光区光电转换效率最大的特点，从而提高太阳能电池的能量转换效率。适用范围广，可选择上转换荧光粉和下转换荧光粉，分别将红外光、紫外光和蓝光转换成可见光。
3)由于集中了可见光波段的太阳光强度，可以充分发挥太阳能电池在该光区光电转换效率最大的特点，因此提高了太阳能电池的光转换效率。
4)荧光粉在有机物中分布均匀，表面平整光亮，厚度可控。
5)原料容易获得，价格较低，操作简单，容易实施。
6)荧光薄膜可裁剪，适用于搭配各种形状的太阳能电池。
将所得荧光薄膜覆盖在卤钨灯上，测量其发射光谱，对比纯卤钨灯，在500～700nm波段附近，荧光强度有5％～30％的提高。
附图说明
图1为重量比为40％的YAG荧光粉薄膜的激发与发射光谱。在图1中，横坐标为波长Wavelength of 40％(nm)，纵坐标为强度Intensity；质量比为40％、不同厚度(从上至下依次为0.8mm，1.0mm，0.6mm，0.4mm，0.2mm)制备的YAG荧光粉薄膜的激发(EX)与发射光谱(EM)。
图2为厚度为0.8mm的YAG荧光粉薄膜的激发与发射光谱。在图2中，横坐标为波长Wavelength of 0.8mm(nm)，纵坐标为强度Intensity；厚度为0.8mm、不同质量比(从上至下依次为30％，30％，40％，20％，10％)的YAG荧光粉薄膜的激发(EX)与发射光谱(EM)。
图3为不同型号YAG荧光粉制备的荧光薄膜在卤钨灯照射下的发射光谱。在图3中，横坐标为波长Wavelength of 40％(nm)，纵坐标为强度Intensity；a，b，c分别为型号为YAG-0，YAG-2，YAG-5制备的荧光粉薄膜覆盖在卤钨灯上的发射光谱；d为卤钨灯的发射光谱。
具体实施方式
实施例1：把55g高聚物基体聚乙烯醇(PVA)、2g溶剂二甲基亚矾和3g荧光粉放入三颈烧瓶中，将此混合物在室温下搅拌溶胀10min；然后转移到50℃左右的超级恒温槽内搅拌溶解5h，其后再恒温静止2h；把静置后的浆液倒在PET薄膜上，用玻璃棒轻轻刮出一层薄膜，待凉干后将薄膜拿出，放平备用。
实施例2：将6g硅树脂和4g下转换荧光粉YAG放入三颈烧瓶中，把此混合物在室温下搅拌溶胀20min；然后转移到70℃左右的超级恒温槽内搅拌溶解3h；将静置后的浆液倒在PET薄膜上，用玻璃棒轻轻刮出一层薄膜，厚度分别为0.2mm、0.4mm、0.6mm、0.8mm、1.0mm，其后再在150℃的烘箱内烘1h，待烘干然后把薄膜拿出，测试其激发与发射光谱，如图1所示。
实施例3：分别将36g、16g、9.3g、6g、4g硅树脂与4g下转换荧光粉YAG放入三颈烧瓶中，将此混合物在室温下搅拌溶胀60min；然后转移到90℃左右的超级恒温槽内搅拌溶解1h；将静置后的浆液倒在PET薄膜上，用玻璃棒轻轻刮出一层薄膜，厚度都是0.8mm，再在120℃的烘箱内烘5h，待烘干然后将薄膜拿出，测试其激发与发射光谱，如图2所示。
实施例4：把10g硅树脂和4g上转换荧光粉NaYbF4:Er放入三颈烧瓶中，将此混合物在室温下搅拌溶胀40min；然后转移到80℃左右的超级恒温槽内搅拌溶解2h；把静置后的浆液倒在PET薄膜上，用玻璃棒轻轻刮出一层薄膜，其后再在140℃的烘箱内烘4h，待烘干然后将薄膜拿出，放平备用。
实施例5：把10g环氧树脂和4g上转换荧光粉YOCl:Yb，Er放入三颈烧瓶中，将此混合物在室温下搅拌溶胀30min；然后转移到70℃左右的超级恒温槽内搅拌溶解4h；将静置后的浆液倒在PET薄膜上，用玻璃棒轻轻刮出一层薄膜，其后再在130℃的烘箱内烘3h，待烘干然后将薄膜拿出，放平备用。
实施例6：将制备的YAG-0荧光薄膜、YAG-2荧光薄膜、YAG-5荧光薄膜覆盖在卤钨灯上，对比于纯卤钨灯，测量其发射光谱，如图3所示。

Claims (9)

1.一种可提高太阳能电池转换效率的荧光薄膜的制备方法，其特征在于具体步骤如下：
1)将荧光粉和有机物放入容器中，搅拌溶胀；
2)将容器转移到恒温槽内搅拌溶解，得浆液，静置；
3)将静置后的浆液倒入衬底表面，形成一层薄膜，烘干，固化，即得一种可提高太阳能电池转换效率的荧光薄膜。
2.如权利要求1所述的一种可提高太阳能电池转换效率的荧光薄膜的制备方法，其特征在于在步骤1)中，所述荧光粉和有机物的含量，按质量百分比为荧光粉5％～50％，有机物95％～50％。
3.如权利要求1所述的一种可提高太阳能电池转换效率的荧光薄膜的制备方法，其特征在于在步骤1)中，所述荧光粉为下转换荧光粉或上转换荧光粉，所述有机物选自PVA、硅树脂或环氧树脂。
4.如权利要求1所述的一种可提高太阳能电池转换效率的荧光薄膜的制备方法，其特征在于在步骤1)中，所述搅拌溶胀是在室温下搅拌溶胀10～60min。
5.如权利要求1所述的一种可提高太阳能电池转换效率的荧光薄膜的制备方法，其特征在于在步骤2)中，所述搅拌溶解的温度为50～90℃，搅拌溶解的时间为1～5h。
6.如权利要求1所述的一种可提高太阳能电池转换效率的荧光薄膜的制备方法，其特征在于在步骤3)中，所述衬底为玻璃或PET薄膜。
7.如权利要求1所述的一种可提高太阳能电池转换效率的荧光薄膜的制备方法，其特征在于在步骤3)中，所述薄膜的厚度为0.1～1.0mm。
8.如权利要求1所述的一种可提高太阳能电池转换效率的荧光薄膜的制备方法，其特征在于在步骤3)中，所述形成一层薄膜的方法是采用流延方式用玻璃棒刮出一层薄膜。
9.如权利要求1所述的一种可提高太阳能电池转换效率的荧光薄膜的制备方法，其特征在于在步骤3)中，所述烘干的温度为100～150℃，烘干的时间为1～5h。
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