CN102074608A - 用于太阳能电池及其增效转换层 - Google Patents

用于太阳能电池及其增效转换层 Download PDF

Info

Publication number
CN102074608A
CN102074608A CN2010105215552A CN201010521555A CN102074608A CN 102074608 A CN102074608 A CN 102074608A CN 2010105215552 A CN2010105215552 A CN 2010105215552A CN 201010521555 A CN201010521555 A CN 201010521555A CN 102074608 A CN102074608 A CN 102074608A
Authority
CN
China
Prior art keywords
solar cell
conversion layer
polysilicon solar
luminescent conversion
fluorescent material
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN2010105215552A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102074608B (zh
Inventor
索辛·纳姆
罗维鸿
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to CN201010521555A priority Critical patent/CN102074608B/zh
Publication of CN102074608A publication Critical patent/CN102074608A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102074608B publication Critical patent/CN102074608B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/52—PV systems with concentrators
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Abstract

本发明涉及用于太阳能电池及其增效转换层，包括：硅粉；以稀土族氧卤化物为基质的荧光粉，荧光粉的激发原子选自Yb、Er、Ho；及均匀掺填有该硅粉及该荧光粉的聚合物。该发光转换层将太阳光中的短波及红外光辐射移转至波长范围610nm至800nm的光谱区域，以低成本的方式提升多晶硅太阳能电池的效率，并同时达到改善其电气参数的效果。

Description

用于太阳能电池及其增效转换层
技术领域
本发明涉及绿色能源的太阳能电池技术领域，特别是涉及具有发光转换层的多晶硅太阳能电池。
背景技术
硅制太阳能电池可分成三类：单晶硅、多晶硅、及非晶硅。对于单晶硅与多晶硅，太阳能电池中可移动的带电载体包括电子和电洞，但两者在硅芯片中电子和电洞数量不同：单晶硅具有高度的晶格规律性，晶格缺陷和杂质极少，使得电子的跃迁迁移性非常高；多晶硅属于不均匀而多相的，通常在单独的电子模块增长之间具有较大的数值边界划分，使得多晶硅中带电载体的可移动性较单晶硅可能要小10倍。
单晶硅太阳能电池的效率极限为η＝24％，而多晶硅通常所能测得的效率极限是η＝12-13％；而由成本的考虑上，多晶硅的材料成本通常比单晶硅便宜2.8-3.5倍，其功率成本也相差2.2-3.5倍。本发明的主要目标，即为以多晶硅太阳能电池使太阳光能源的取得成本更低。
太阳辐射光谱与硅材料本身的光谱灵敏度存在着显著的差异，此为重要而应考虑的另一因素。在图1的太阳光谱图中，最大辐射位于波长470nm处，整个辐射光谱由远红外区域(＞1000nm)延伸到紫外光区域(地球大气吸收太阳光波长＜290nm的光辐射区域)，而与图2硅芯片的感光光谱相比较可看出，硅最灵敏的波长为1020nm，与硅1.20eV(电子伏特)的禁带能隙(Energy gap)相符；而太阳光谱的最大辐射波长为470nm，相对应的量子能量2.8eV，当硅吸收此波长的太阳光子时，一半以上的能量(1.6eV)将损耗于硅芯片的加热，这称为热损失。而许多太阳辐射光子的能量小于硅能隙(1.20eV)，无法激发硅芯片的电子电洞对，而被吸收后转换成热的形式加热硅芯片，这也减少带电载体的收集系数。另外，当太阳光由空气入射硅芯片，二者的折射率差异造成太阳光的反射损失；通常可采用Si3N4或SiO2镀膜来减少此损失，但无法完全消除之。多晶硅太阳能电池也有这三种形式的损失效应，加上其多模块的结构缺陷，使得效能又比单晶硅降低60-80％，至今并没有可靠又有效的方法来提升多晶硅太阳能电池的效率。
中国专利申请案CN200810089003对太阳光谱以及单晶硅的感光光谱进行分析，而引入填充荧光粉的发光转换层，可将单晶硅太阳能电池的效率提升15-20％。但此机制对于多晶硅太阳能电池，造成非常大的带电载体扩散损失及低效率。
韩国专利申请案KR20070112051提出对于多晶硅电池采用两种合成发光转换层，在该发光转换层中掺填红外线荧光粉，其激活剂为Yb及Er，可吸收太阳辐射红外线的光谱区域，而再发出红色光，因而增加多晶硅电子电洞对的数量及其效率。该发光转换层另掺填自导电的纳米碳管以加强收集带电载体，而有效地将多晶硅太能电池效能提升20-48％；但其缺点是结合纳米碳管与红外线荧光粉，可能会导致多晶硅片上的转换层厚度不均匀。
发明内容
因此，为解决现有技术的缺点，提高多晶硅太阳能电池的效率，提高转换层在多晶硅基板上厚度的均匀性，以及降低太阳能电池的成本，本发明的主要目的是提供一种用于多晶硅太阳能电池的发光转换层，包括：硅粉；以稀土族氧卤化物为基质的荧光粉，荧光粉的激发原子选自Yb、Er、Ho；及均匀掺填有该硅粉及该荧光粉的聚合物。该发光转换层将太阳光中的短波及红外光辐射移转至波长范围610nm至800nm的光谱区域，以低成本的方式提升多晶硅太阳能电池的效率。
在本发明的发光转换层中，该硅粉的粒径为10nm至50nm。
在本发明的发光转换层中，该硅粉受太阳光短波辐射的激发，而发出波长范围为610nm至800nm的光。
在本发明的发光转换层中，该稀土族氧卤化物为LaOF或YOCl。
在本发明的发光转换层中，该荧光粉的粒径为50nm至200nm。
在本发明的发光转换层中，该荧光粉受波长范围950nm至1100nm的红外光辐射的激发，而发出波长范围为610nm至680nm的红色可见光。
在本发明的发光转换层中，该聚合物是以硅氧烷树脂及环氧树脂所合成，其分子量为15000至25000。
在本发明的发光转换层中，该发光转换层的厚度为50至200微米。
在本发明的发光转换层中，以发光转换层的总重量计，硅粉和荧光粉的总含量为10重量％以下，优选0.2-2重量％，该硅粉与该荧光粉的重量比为1∶8-5∶1，优选1∶5-5∶1。
此外，本发明还提供一种多晶硅太阳能电池的制造方法，其包括：提供多晶硅太阳能电池基板；及将硅粉及荧光粉在聚合物中形成的悬浮体涂布在该多晶硅太阳能电池基板表面上，形成本发明的发光转换层。该制造方法以低成本的方式提升多晶硅太阳能电池的效率，并同时改善发光转换层厚度不均匀的问题。
在本发明的多晶硅太阳能电池的制造方法中，以浸蚀或喷雾涂布所述悬浮体，然后在高于100℃的温度下热烘0.5-5小时使其固化。
该方法中使用的聚合物是由硅氧烷树脂及环氧树脂所合成，其分子量为15000至25000，折射率为1.45-1.75。
在本发明的一较佳实施例中，该硅粉受太阳光短波辐射(波长470nm附近)的激发，而发出波长范围为610nm至800nm的光；而该荧光粉受波长范围950nm至1100nm的红外光辐射的激发，而发出波长范围为610nm至680nm的红色可见光。此发光转换层将使入射的太阳光辐射的能量集中于610nm至800nm的波长范围，为硅材料的感光光谱相对比较灵敏的波长区域，以提升多晶硅太阳能电池的效率。
在本发明再一较佳实施例中，该聚合物是以环氧树脂及硅氧烷-Si-O-C-O-Si-树脂所合成，其分子量为15000至25000。该发光转换层在多晶硅芯片的表面(其上亦可包括电极层、Si3N4、或SiO2)形成，为维持该转换层的透光性，其厚度是50至200微米。
附图说明
图1为地球北纬37.5度太阳光辐射的光谱图。
图2为硅芯片的感光光谱图。
图3本发明发光转换层形成于多晶硅太阳能电池上的结构示意图。
图4为本实施例的多晶硅太阳能电池样本的反射光谱，4a与4b分别为未包含与包含本实施例的发光转换层。
具体实施方式
为了让本发明上述及其它目的、特征、优点能更明显易懂，下文将特举本发明较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
通过如下方式制备本发明的发光转换层：以浸蚀或喷雾的方法将硅粉及以稀土族氧卤化物为基质、激发原子选自Yb、Er、Ho的荧光粉在聚合物中形成的悬浮体涂布在多晶硅太阳能电池基板表面上，然后置入烤箱，在温度T＝110℃下热烘3.5小时使其固化，以形成发光转换层。
参考图3，其为本发明的发光转换层形成于多晶硅太阳能电池基板上的结构示意图。如图所示，本实施例包括一多晶硅太阳能电池芯片1及一发光转换层2，该发光转换层2是由一聚合物中掺填有硅粉21，及以LaOF或YOCl为基质，激发原子选自Yb、Er、或Ho的荧光粉22形成，该硅粉受太阳光短波辐射的激发，而发出波长范围为610nm至800nm的光；而该荧光粉受波长范围950nm至1100nm的红外光辐射的激发，而发出波长范围为610nm至680nm的红色可见光。此发光转换层将使入射的太阳光辐射的能量集中于610nm至800nm的波长范围，为硅材料的感光光谱相对比较灵敏的波长区域，以提升多晶硅太阳能电池的效率。
其中，该硅粉21的粒径为10nm至50nm，能有效吸收太阳光短波辐射的激发，而发出波长范围为610nm至800nm的红色及暖红色可见光，此为硅材料的感光光谱相对比较灵敏的波长区域，而提升其光电转换效率5-10％。而另一荧光粉22的粒径为50nm至200nm，受到太阳光中波长范围950nm至1100nm的红外光辐射的激发，而发出波长范围为610nm至680nm的红色可见光。
其中，该聚合物是以环氧树脂及硅氧烷-Si-O-C-O-Si-树脂所合成，其分子量为15000至25000，且其折射率约1.45-1.75。该发光转换层在多晶硅芯片的表面(其上亦可包括电极层、Si3N4、或SiO2)形成，为维持该转换层的透光性，其厚度是50至200微米，薄的发光转换层非常脆，且在技术加工的过程中会很快分解，而厚的发光转换层需要较长的聚合时间及材料上的消耗。该转换层亦可有效减小多晶硅太阳能电池表面的光反射，也使得整体光电转换效率增加。请参考图4，为本实施例的多晶硅太阳能电池样本的反射光谱，4a与4b分别为未包含与包含本实施例的发光转换层。多晶硅芯片上增加此发光转换层，在光谱范围300nm至1000nm的整体反射减少了22-28％，而改善了现有技术仅有Si3N4或SiO2覆盖层在减少太阳入射光反射量的不足。
以发光转换层的总重量计，该硅粉21及该荧光粉22的总含量为10重量％以下，优选0.2-2重量％，且该硅粉及该荧光粉的重量比为1∶8-5∶1，优选1∶5-5∶1。该转换层引入的该硅粉会导致多晶硅电池的电阻及其多晶硅太阳能电池其它的电气参数(包括多晶硅太阳能电池的开路电压，短路电流，以及填充因子)增加。较佳的该硅粉21的含量为0.2-1重量％。
表1本实施例的多晶硅太阳能电池样本在发光转换层实施前后的电气参数实验数据，
Figure BSA00000322492500051
表1所示为本实施例的多晶硅太阳能电池样本在发光转换层实施前后的电气参数实验数据，包含开路电压、填充因子、短路电流密度，及效率的差异值及其百分比。由表1可知，在发光转换层中添加硅粉与荧光粉，与发光转换层中仅使用一种激活成份的荧光粉相比，更加有效的提升了电池的电气参数，其中开路电压升高0.71％、填充因子升高12.4％、短路电流升高1.8％、效率升高15.8％、电压减小5％。
本发明上述实施例并非用于限定本发明。本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下所作出的任何修改与变化产生的等效替换仍属于本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种用于多晶硅太阳能电池的发光转换层，包括：
硅粉；
以稀土族氧卤化物为基质的荧光粉，荧光粉的激发原子选自Yb、Er、Ho；及
均匀掺填有该硅粉及该荧光粉的聚合物。
2.根据权利要求1所述的用于多晶硅太阳能电池的发光转换层，其中该硅粉的粒径为10nm至50nm。
3.根据权利要求1所述的用于多晶硅太阳能电池的发光转换层，其中该硅粉受太阳光短波辐射的激发，而发出波长范围为610nm至800nm的光。
4.根据权利要求1所述的用于多晶硅太阳能电池的发光转换层，其中该稀土族氧卤化物为LaOF或YOCl。
5.根据权利要求1所述的用于多晶硅太阳能电池的发光转换层，其中该荧光粉的粒径为50nm至200nm。
6.根据权利要求1所述的用于多晶硅太阳能电池的发光转换层，其中该荧光粉受波长范围950nm至1100nm的红外光辐射的激发，而发出波长范围为610nm至680nm的红色可见光。
7.根据权利要求1所述的用于多晶硅太阳能电池的发光转换层，其中该聚合物是以硅氧烷树脂及环氧树脂所合成，其分子量为15000至25000，折射率为1.45-1.75。
8.根据权利要求1所述的用于多晶硅太阳能电池的发光转换层，其中该发光转换层的厚度为50至200微米。
9.根据权利要求1所述的用于多晶硅太阳能电池的发光转换层，其中以发光转换层的总重量计，硅粉和荧光粉的总含量为10重量％以下，优选0.2-2重量％，该硅粉与该荧光粉的重量比为1∶8-5∶1，优选1∶5-5∶1。
10.一种多晶硅太阳能电池的制造方法，其包括：
提供多晶硅太阳能电池基板；及
将硅粉及荧光粉在聚合物中形成的悬浮体涂布在该多晶硅太阳能电池基板表面上，形成如权利要求1所述的发光转换层。
11.根据权利要求10所述的多晶硅太阳能电池的制造方法，其中以浸蚀或喷雾涂布所述悬浮体，然后在高于100℃的温度下热烘0.5-5小时使其固化。
12.根据权利要求10所述的多晶硅太阳能电池的制造方法，其中该聚合物是以硅氧烷树脂及环氧树脂所合成，其分子量为15000至25000，折射率为1.45-1.75。
CN201010521555A 2010-10-21 2010-10-21 用于太阳能电池及其增效转换层 Expired - Fee Related CN102074608B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201010521555A CN102074608B (zh) 2010-10-21 2010-10-21 用于太阳能电池及其增效转换层

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201010521555A CN102074608B (zh) 2010-10-21 2010-10-21 用于太阳能电池及其增效转换层

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102074608A true CN102074608A (zh) 2011-05-25
CN102074608B CN102074608B (zh) 2012-08-29

Family

ID=44033056

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201010521555A Expired - Fee Related CN102074608B (zh) 2010-10-21 2010-10-21 用于太阳能电池及其增效转换层

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN102074608B (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104681657A (zh) * 2013-11-29 2015-06-03 深圳富泰宏精密工业有限公司 太阳能电池的制造方法及制得的太阳能电池
CN105322033A (zh) * 2015-09-12 2016-02-10 顾士平 基于荧光效应的窄带隙高效率光电池
CN105552170A (zh) * 2016-01-29 2016-05-04 佛山市聚成生化技术研发有限公司 一种太阳能电池的制备方法及由该方法制备的太阳能电池
TWI707535B (zh) * 2019-03-11 2020-10-11 張仁鴻 可提升電能轉換率之太陽能板

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101418218A (zh) * 2008-11-25 2009-04-29 罗维鸿 太阳能电池发光转换层及其无机荧光粉
CN101699636A (zh) * 2009-10-22 2010-04-28 厦门大学 一种可提高太阳能电池转换效率的荧光薄膜的制备方法
CN101790800A (zh) * 2007-08-02 2010-07-28 克利公司 具有上转换发光介质的光电子器件
WO2010109380A2 (en) * 2009-03-27 2010-09-30 Koninklijke Philips Electronics N.V. A device for placement in front of a display device

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101790800A (zh) * 2007-08-02 2010-07-28 克利公司 具有上转换发光介质的光电子器件
CN101418218A (zh) * 2008-11-25 2009-04-29 罗维鸿 太阳能电池发光转换层及其无机荧光粉
WO2010109380A2 (en) * 2009-03-27 2010-09-30 Koninklijke Philips Electronics N.V. A device for placement in front of a display device
CN101699636A (zh) * 2009-10-22 2010-04-28 厦门大学 一种可提高太阳能电池转换效率的荧光薄膜的制备方法

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104681657A (zh) * 2013-11-29 2015-06-03 深圳富泰宏精密工业有限公司 太阳能电池的制造方法及制得的太阳能电池
CN104681657B (zh) * 2013-11-29 2018-01-30 深圳富泰宏精密工业有限公司 太阳能电池的制造方法及制得的太阳能电池
CN105322033A (zh) * 2015-09-12 2016-02-10 顾士平 基于荧光效应的窄带隙高效率光电池
CN105552170A (zh) * 2016-01-29 2016-05-04 佛山市聚成生化技术研发有限公司 一种太阳能电池的制备方法及由该方法制备的太阳能电池
TWI707535B (zh) * 2019-03-11 2020-10-11 張仁鴻 可提升電能轉換率之太陽能板

Also Published As

Publication number Publication date
CN102074608B (zh) 2012-08-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
You et al. Eco‐friendly colloidal quantum dot‐based luminescent solar concentrators
Huang et al. Efficient light harvesting by photon downconversion and light trapping in hybrid ZnS nanoparticles/Si nanotips solar cells
US20130206211A1 (en) Phosphors-Based Solar Wavelength-Converters
US20080236667A1 (en) Photovoltaic cell, enhanced spectrum conversion film, preparation of enhanced spectrum conversion film
Deng et al. Highly bright Li (Gd, Y) F4: Yb, Er upconverting nanocrystals incorporated hole transport layer for efficient perovskite solar cells
Karunakaran et al. Efficiency improvement of Si solar cells by down-shifting Ce3+-doped and down-conversion Ce3+-Yb3+ co-doped YAG phosphors
CN102074608B (zh) 用于太阳能电池及其增效转换层
CN103378182A (zh) 光波转换层及具有光波转换层的太阳能电池
CN110246908A (zh) 一种光谱下转换减反膜、制作方法及叠层太阳能电池
TWI351770B (zh)
CN102446998A (zh) 光伏器件
Song et al. Feasibility of emission-enhanced CsPbCl3 quantum dots co-doped with Mn2+ and Er3+ as luminescent downshifting layers in crystalline silicon solar modules
KR101079008B1 (ko) 다결정 실리콘 태양전지용 합성 발광 컨버터 및 그에 기반을 둔 태양전지 소자
CN103474127B (zh) 一种具有上转换特性的晶硅电池背面铝浆
Satpute et al. Synthesis and luminescence characterization of downconversion and downshifting phosphor for efficiency enhancement of solar cells: Perspectives and challenges
CN102446987A (zh) 光伏器件
CN102828242B (zh) 含有下转换发光量子点的晶体硅及其制备方法
EP1865562A2 (en) A solar cell and a spectrum converter
CN210607278U (zh) 一种光谱下转换减反膜及叠层太阳能电池
CN105070777B (zh) 一种无稀土下转换太阳能电池及其制备方法
CN103094394B (zh) 一种下转换晶体硅太阳能电池及其制备方法
Li et al. Review for Rare-Earth-Modified Perovskite Materials and Optoelectronic Applications. Nanomaterials 2022, 12, 1773
Xu et al. Large-scale preparation of CsPbBr3 perovskite quantum dot/EVA composite adhesive film by melting for crystal silicon solar cell
KR101091707B1 (ko) 그린 발광 스펙트럼 컨버터 및 이 그린 발광 스펙트럼 컨버터가 코팅된 다결정 실리콘 태양전지 소자
Zhou et al. Phosphors for Solar Cells

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20120829

Termination date: 20151021

EXPY Termination of patent right or utility model