CN102253481B - 聚光装置、其制造方法和太阳能电池系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光能源技术，提供一种聚光装置及其制造方法。该聚光装置包括聚光基片，该聚光基片具有一旋转抛物凹面，旋转抛物凹面上形成有光子晶体层，光子晶体层上形成有下转换层，下转换层包括对光谱具有下转换功能的下转换材料。本发明还提供一种具有上述聚光装置的太阳能电池系统。在该聚光装置和太阳能电池系统中，通过设置下转换层，可提高聚光装置对太阳光能的吸收利用率，通过设置光子晶体层，可反射特定频率的光、全反射全可见光，从而极大增加太阳能电池系统光电转换效率。而且聚光装置采用层状结构，使其结构简单，无需配备复杂的配件，具有广阔的应用前景。

Description

聚光装置、其制造方法和太阳能电池系统

技术领域

本发明属于光能源技术领域，具体涉及一种聚光装置、其制造方法和太阳能电池系统。

背景技术

进入21世纪以来，全球性的能源问题以及随之而来的环境污染和气候变暖等问题日益凸现和逐渐加剧。由于太阳能具有分布普遍和广阔、资源数量多、无污染、清洁、安全以及获取方便等突出优点，被认为是最有希望的可再生能源之一。

近年来利用太阳能较为广泛的能源技术如太阳能电池，其直接把太阳光能转化成电能，是利用太阳能切实可行的有效方法。太阳能电池经历了近半个世纪的发展，其光电转换效率已经超过了40％。然而，这些太阳能电池的制作工艺复杂，对设备及原材料要求很苛刻，价格过于昂贵，超出了目前人们普遍可以接受的程度，这大大限制了它们的使用范围。有机太阳能电池因为原料价格低廉、质量轻、柔性、生产工艺简单、可用涂布、印刷等方式大面积制备等优点而备受关注，在建筑、照明和发电等多种领域具有重要的发展和应用前景。但是，到目前为止，有机太阳能电池的光电转换效率还比较低，没有得到实际的应用，仍然需要进一步提高。

提高太阳能电池光电转换效率的一种方法就是利用聚光装置将从一个较大面积上接受的太阳光汇聚到一个较小面积的太阳能电池上，以增大太阳能电池表面的光密度，达到提高光转换效率的目的。但是，现有的聚光装置仍然存在着很多问题，限制着它的广泛应用。如透射式点聚焦的聚光装置，系统必须配有对日跟踪器，并且如果对日跟踪器不能很好的保持聚光镜面与太阳入射光垂直，就会使聚焦光斑偏离太阳能电池，使其输出功率急剧下降。反射式的聚光装置一般采用在凹面基片上镀金属膜层或介质膜层的方法，实现对光波的反射。金属膜的反射波段比较宽，且对各个角度入射的特定波段内的光波都可以实现反射，但反射率相对较低，光波能量损耗较大。而介质膜层只能对某一特定角度入射的光波实现反射，且膜层的反射波段比较窄。

目前大部分太阳能电池的吸收波长只能覆盖可见光区，而其它波段光难以吸收利用，例如对于占太阳光比例达7％左右的紫外光利用得很少。一方面，这会导致太阳能电池的光电转换效率不高。另一方面，在高能量的紫外光照射下，如果它们不能被太阳能电池合理吸收利用，就会对电池产生载流子热效应等不利的影响，进一步限制了的转换效率，导致太阳能电池的转换效率下降和性能衰退。此外，目前太阳能电池的封装材料主要采用环氧树脂等材料进行灌封，它们长期在紫外光照射下容易变黄、发生老化，从而影响太阳能电池的使用寿命。

发明内容

有鉴于此，提供一种结构简单、太阳能利用率高的聚光装置和太阳能电池系统，以及一种工艺简单、成本低的聚光装置制造方法。

一种聚光装置，其包括聚光基片，所述聚光基片具有一旋转抛物凹面，所述旋转抛物凹面上形成有光子晶体层，所述光子晶体层上形成有下转换层，所述下转换层包括对光谱具有下转换功能的下转换材料。

一种太阳能电池系统，其包括上述的聚光装置以及太阳能电池装置，所述太阳能电池设置于所述聚光装置的旋转抛物凹面对光汇聚形成的聚光平面上。

以及，一种聚光装置制造方法，其包括如下步骤：

选取聚光基片，所述聚光基片具有一旋转抛物凹面；

在所述旋转抛物凹面上形成光子晶体层；

在所述光子晶体层上形成下转换层，所述下转换层包括对光谱具有下转换功能的下转换材料。

在所述聚光装置和太阳能电池系统中，一方面，通过设置下转换层，利用下转换材料的光谱转换功能，将不能被电池充分吸收利用的光，例如高能量紫外波段光子转换为较低能量的可见光波段光子，从而提高聚光装置对太阳光能的吸收利用率。另一方面，在下转换层与基处之间有光子晶体层，该层可反射特定频率的光、全反射全可见光。而且这种层状结构简单，无需配备复杂的配件。在聚光装置制造方法中，按照预定步骤形成各层结构，其工艺步骤简单，生产成本低，具有广阔的应用前景。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明实施例的聚光装置的结构示意图；

图2是具有本发明实施例的聚光装置的太阳能电池系统结构示意图；

图3是本发明实施例的聚光装置制造方法流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1，示例出本发明实施例的聚光装置的结构。本实施例的聚光装置10包括聚光基片100，该聚光基片100具有一旋转抛物凹面101，旋转抛物凹面100上形成有光子晶体层300，光子晶体层300上形成有下转换层200，下转换层200包括对光谱具有下转换功能的下转换材料。

如图所示，聚光基片100可以是一个具有均匀厚度的基片，其厚度优选为例如1-20mm。在另一实施例中，聚光基片100还可以是一面(即向阳的一面)为旋转抛物凹面101，另一面为平面或其它形状表面，即背向太阳的一面不限于曲面，可以根据实际需要选择。

聚光基片100的材质可以是但不限于玻璃、有机玻璃、塑料、陶瓷或者金属等，优选为具有反射光性能的材料。其中，玻璃可以是但不限于硅酸盐玻璃、高硅氧玻璃、钠钙玻璃或石英玻璃等，有机玻璃可以是但不限于聚甲基丙烯酸甲酯等，塑料可以是但不限于聚乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯、聚酯或聚氯乙烯等，陶瓷可以是但不限于氧化铝陶瓷或氧化锆陶瓷等，金属可以是但不限于铝或铜等，或者是在表面镀铝的金属材料。由于旋转抛物凹面101对光的反射特性，因此，射入聚光基片100的光线在旋转抛物凹面101通过反射后可以汇聚到一个较小的聚光平面102上。

光子晶体层300介于下转换层200和聚光基片100之间。光子晶体层300优选为厚度均匀的薄膜层，其厚度优选为100纳米-2000纳米。在图示的实施例中，光子晶体层300和下转换层200均为顺沿旋转抛物凹面101的凹状，即两者也具有旋转抛物凹面形状，这样有利于反射并将光汇聚在该较小的聚光平面102上。光子晶体层300可采用例如真空离子镀法、真空磁控溅射、真空蒸发法、化学气相沉积法、纳米压印、涂敷、粉刷、喷涂、溶胶-凝胶法、自组装法、自然沉积法等方法形成于旋转抛物凹面101上。

光子晶体层300中的光子晶体可以是一维、二维或者三维光子晶体，其材质可以是例如无机材料、金属电介质材料、有机小分子和高分子聚合物材料或其他一些材料。具体地，无机材料例如可以是但不限于SiO₂、ZnO、SnO₂、NiO、MoO₃、V₂O₅、WO₃或TiO₂等，金属电介质材料可以是但不限于GaAs、AlGaAs等，有机小分子可以是但不限于吡唑啉、噻吩类等材料，高分子聚合物材料可以是但不限于苯乙烯乳胶粒或者具有硬核-软壳结构的聚合物乳胶粒及硅橡胶、甲基丙烯酸甲酯等。

光子晶体层300的功能是反射太阳光，可以是但不限于反射特定频率的光、全反射全可见光等。由于光子晶体是一种折射率呈周期性变化的介质结构，并存在由此而产生的光子禁带，禁带的宽度由光子晶体的材料与结构决定，本实施例采用至少有全可见光区的光子禁带，例如在300-800nm的光子禁带，频率落在禁带内的光波不能在光子晶体中传播，将被反射回去，因此，光子晶体层300可以实现对光的反射。通过对光子晶体材料折射率及结构的合理选择和搭配，控制光子晶体禁带宽度，可以实现其对特定波长范围的光及全可见光区的反射和全反射。例如，为了设计波长位于紫外到可见光波段的光子晶体，可以进行如下设计：设SiO₂折射率为n₁，厚度为d₁，TiO₂折射率为n₂，厚度为d₂，带隙中心波长为λ，两种材料满足n₁·d₁+n₂·d₂＝λ/2，制作带隙中心波长λ为400nm的一维紫外到可见光波段光子晶体，可以选择SiO₂和TiO₂其厚度为10nm-96nm。这样得到一维光子晶体光子带隙位于7.9nm-758.4nm，即从紫外到可见光波段区域。其它材料及其它波段可依此类推，即可获得所需要的禁带宽度，使得光子晶体层300可以实现其对特定波长范围的光及全可见光区的反射和全反射。

本实施例中，下转换层200优选为包括有机材料及分散于有机材料中的下转换材料的薄膜，或者采用氧化物薄膜包覆下转换材料的复合结构。当然，在其它实施例中，下转换层200也可以是直接形成于光子晶体层300的下转换材料薄膜。下转换材料可以是颗粒状的，例如平均粒径为80nm-1000nm。下转换层200的厚度优选为0.1微米-20微米。

下转换层200中分散所用的有机材料可以是有机小分子基质，例如三乙基己基磷酸、十二烷基硫酸钠等，也可以是高分子有机基质，如硅橡胶、聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯或聚氨酯等，包覆用的氧化物薄膜可以是ZnO:Al，SnO₂:Sb，通过这种分散或包覆，可以形成均匀、黏附牢固的薄膜和复合结构，保证下转换材料的稳定性，从而提高下转换功能稳定而持久。

下转换层200中的下转换材料可包括单掺或双掺稀土离子的卤化物、氧化物、硼酸盐、硅酸盐、磷酸盐、钒酸盐、稀土共发光有机配合物中的至少一种。其中，卤化物优选为氟化物，氧化物可以是稀土氧化物、氧化锌、氧化锆或复合氧化物，复合氧化物可以是稀土氧化物、氧化锌、氧化锆中的任意两种或以上氧化物的复合氧化物，当然也可以是其它种类复合氧化物。硫化物可以是稀土硫化物等。具体地，下转换材料例如可以是但不限于单掺或双掺稀土离子的YF₃、LiGdF₄、KYF₄、LiYF₄、K₂GdF₅、BaF₂、LaVO₄、GdBO₃、GdAl₃(BO₃)₄、CaSiO₃、MMg₂SiO₇(M＝Ba、Sr或Ca)或(Sr，M)₁₀(PO₄)₆Cl(M＝Ba、Sr或Ca))，或者是稀土共发光有机配合物等，稀土共发光有机配合物例如聚N-乙烯基乙酰胺合铕(Ⅲ)。其中，单掺稀土离子包括Ce³⁺、Er³⁺、Tb³⁺、Eu³⁺、Pr³⁺、Tm³⁺、Gd³⁺或Nd³⁺等，双掺稀土离子包括Ce³⁺/Mn²⁺、Pb²⁺/Mn²⁺、Tb³⁺/Yb³、Pr³⁺/Yb³⁺、Gd⁺³/Eu³⁺或Tm³⁺/Yb³⁺等。稀土离子的总掺杂摩尔比并没有特别限定，具体可根据实际需要而定，作为举例，稀土离子相对基质(即卤化物、氧化物、硼酸盐、硅酸盐、磷酸盐、钒酸盐、稀土共发光有机配合物或者它们的任意组合物)的总掺杂摩尔比可以为5％-60％，但不限于此。

在双掺的稀土离子中，如在Ce³⁺/Mn²⁺、Pb²⁺/Mn²⁺、Tb³⁺/Yb³、Pr³⁺/Yb³⁺、Gd⁺³/Eu³⁺或Tm³⁺/Yb³⁺中，两种离子混合摩尔比例为1∶0.1～1∶1，优选地，混合摩尔比例为1∶0.3～1∶0.5。

该下转换层200具有“光谱调控”功能，其将不能被太阳能电池充分吸收利用的高能量光，例如高能量的紫外波段或其它波段的光子，转换成能被太阳能电池充分吸收的光。例如，将高能量的紫外波段光子转换为较低能量的可见光，提高了太阳能电池对太阳光的吸收利用率，从而可以改善其光电转换性能。另外，还可以根据具体的应用，例如应用于太阳能电池系统中，合理选择匹配的下转换材料，将短波长的太阳光下转换成较低能量的可风光，使其位于最大吸收的波段，充分利用太阳光，从而改善太阳能电池系统的光电转换效率。

此外，目前太阳能电池的封装材料主要采用环氧树脂等材料进行灌封，它们长期在紫外光照射下容易变黄、发生老化，从而影响太阳能电池的使用寿命，本实施例通过下转换层将紫外光转换成可见光，有效地避免这种现象发生，提高了太阳能电池的使用寿命。

请参阅图2，示例出采用上面实施例的聚光装置10的太阳能电池系统30的结构。太阳能电池系统30包括上述的聚光装置10以及太阳能电池装置20，聚光装置10的结构如上所述，图2与图1中相同的元件采用基本相同的结构和组成，在此不再赘述。

太阳能电池装置20采用通常使用的太阳能电池，例如各种晶硅太阳能电池、以无机盐如砷化镓Ⅲ-V化合物、硫化镉、铜铟硒等多元化合物为材料的半导体太阳能电池、薄膜太阳能电池或有机太阳能电池等。如图所示，太阳能电池装置20设置于聚光装置10的旋转抛物凹面101对光汇聚形成的聚光平面102上。太阳能电池装置20通常具有光活性层，具体安装时，使其光活性层位于聚光平面102内，对准旋转抛物凹面101，这样可充分吸收汇聚的光线。具体安装时，例如，太阳能电池装置20可通过支架22支撑于聚光装置10的边沿，即在聚光基片100的边沿上。

聚光装置10主要是将下转换材料的波长转换功能、光子晶体对光的反射作用、凹面物体对光的汇聚作用有机统一结合起来。具体地，如图2所示，在太阳光线40照射下，首先入射到下转换层200，太阳光线40中短波长的光被下转换层200中的光转换材料吸收后发射出长波长的光，其余未被光转换材料吸收的部分光将透过下转换层，这两部分光都到达光子晶体层300的表面，并都通过该层的光子晶体的反射，再通过旋转抛物凹面的聚光作用后，汇聚到较小或较窄的聚光平面102上，此时汇聚后的光密度将比汇聚前的光密度增加。这样，设置在聚光平面102的太阳能电池装置20将吸收此光能，使太阳能电池的表面光密度增大，极大增加太阳能电池的转换效率。另外，还可以根据太阳能电池光活性层的吸光范围，选择合适的下转换材料，将太阳光中的紫外波段转换到光活性层的吸收范围，以提高太阳能电池装置20的光活性层对太阳光线40的吸收率，提高光转换效率；同时，这还能避免太阳光线40中的紫外部分对电池性能产生的不利影响。

另外，可以理解的是，本发明实施例的聚光装置并不限于应用于太阳能电池领域，还可应用于激光器、投影仪、照明灯具等领域。

请参阅图3，说明本发明实施例的聚光装置制造方法，其包括如下步骤：

S01：选取聚光基片，聚光基片具有一旋转抛物凹面；

S02：在旋转抛物凹面上形成光子晶体层；

S03：在光子晶体层上形成下转换层，下转换层包括对光谱具有下转换功能的下转换材料。

在上述各步骤中，各层的结构和材料可以分别对应为以上所描述的结构和组成，在此不再赘述。请再结合参考图1的结构，以上述聚光装置10为例，选取一厚度均匀的聚光基片100，例如玻璃基片等。在步骤S01中，优选地，还可对聚光基片100进行预处理，例如清洗基片并烘干待用。另外，还可对其旋转抛物凹面101进行抛光处理或进行镀膜(如铝膜)处理等。

步骤S02中，光子晶体层300可采用例如涂敷、粉刷、喷涂、溶胶-凝胶法、自组装法、自然沉积法等方法形成于旋转抛物凹面101上，然后再烘干，具体方法可根据光子晶体的材质而选择。光子晶体层300的形成厚度为100nm-2000nm。

下转换层200可采用但不限于真空离子镀法、真空磁控溅射、真空蒸发法、化学气相沉积法、溶胶-凝胶法、涂敷、粉刷、喷涂等形成于光子晶体层300的表面。如上所述，由于下转换层200具有两种结构形式，首先以分散在有机材料中的形式为例，下转换层200形成方法可包括如下步骤：以下转换材料中的各元素的源化合物作为原料，采用溶胶-凝胶的方法形成下转换材料纳米颗粒，将下转换材料纳米颗粒均匀分散于有机材料中，搅拌均匀后，将分散有下转换材料纳米颗粒的有机材料涂覆于光子晶体层200的表面上，在40-80℃温度下固化成膜10-30小时，制成所需厚度的下转换薄膜层。

在另一个实施例中，下转换层200可采用氧化物薄膜包覆下转换材料而形成于光子晶体层300的表面上，例如可采用化学均相共沉淀方法，在上述单掺或双掺稀土离子的卤化物、氧化物、硼酸盐、硅酸盐、磷酸盐、钒酸盐、稀土共发光有机配合物或者它们的任意组合物等材料表面包覆ZnO:Al等，形成透明的下转换层。

以下通过一些实施例来举例说明本发明实施例的聚光装置10的结构及其制造方法等方面。

实施例1

本实施例的聚光装置结构如图1所示，其中，聚光基片100采用具有旋转抛物凹面101的凹面玻璃，光子晶体层300采用具有硬核-软壳结构的单分散聚合物乳胶粒，胶粒的粒径约为650nm，光子晶体层300的厚度为1000纳米左右，下转换层200的下转换材料采用稀土共发光有机配合物聚N-乙烯基乙酰胺合铕(Ⅲ)，下转换层200的厚度约为0.1μm。

上述实施例的聚光装置具体制造过程如下：

(1)准备一块凹面玻璃作为基片，将其洗净并烘干待用；

(2)按照申请号为200510011219.1的中国专利提供的制备方法，制备单分散指数小于或者等于0.005、粒径约为650nm的具有硬核-软壳结构的单分散聚合物乳胶粒的乳液，然后将该乳液与水混合、搅拌均匀，形成浓度为30％的乳液，将其喷涂在经过步骤(1)处理的凹面玻璃上，挥发46小时，形成一层厚度约1300nm的全反射全可见光的光子晶体薄膜，并将其烘干；

(3)将0.5g稀土共发光有机配合物聚N-乙烯基乙酰胺合铕(Ⅲ)(Eu(Ⅲ)-PNVA，铕(Ⅲ)与聚N-乙烯基乙酰胺的质量比0.4％-1.2％)均匀分散在10g聚氨酯中，搅拌均匀后，将其涂覆在步骤(2)所制备的光子晶体薄膜上面，采用80℃现场固化成膜10小时，形成厚度约为0.1μm的下转换薄膜，该下转换薄膜能将275-280nm的紫外光转换为613-657nm的可见光。该波段的光子可以较高效率地被有机太阳能电池吸收利用，并通过光子晶体薄膜的反射和凹面玻璃对太阳光的汇聚作用，有效地改善太阳能电池的效率和寿命。

实施例2

本实施例的聚光装置结构如图1所示，其中，聚光基片100采用具有旋转抛物凹面101的凹面有机玻璃，光子晶体层300采用具有硬核-软壳结构的单分散聚合物乳胶粒，胶粒的粒径约为500nm，光子晶体层300的厚度为1000纳米左右，下转换层200的下转换材料采用Eu³⁺掺杂的LiGdF₄薄膜，下转换层200的厚度约为20μm。

上述实施例的聚光装置具体制造过程如下：

(1)准备一块凹面有机玻璃作为基片，将其洗净并烘干待用；

(2)按照申请号为200510011219.1的中国专利提供的制备方法，制备成单分散指数小于或者等于0.005、粒径约为500nm的具有硬核-软壳结构的单分散聚合物乳胶粒的乳液，然后将该乳液与水混合、搅拌均匀，形成浓度为10％的乳液，将其粉刷在经过步骤(1)处理的凹面有机玻璃上，挥发38小时，形成一层厚度约1000nm的全反射全可见光的光子晶体薄膜，并将其烘干；

(3)用溶胶-凝胶法制备Eu³⁺掺杂的LiGdF₄薄膜，将其自然沉积在步骤(2)所制备的光子晶体层上面，采用40℃现场固化成膜30小时，制成厚度约为20μm的下转换薄膜，该下转换薄膜能将273nm的紫外光转换为554nm和614nm的可见光。该波段的光子可以较高效率地被有机太阳能电池吸收利用，并通过光子晶体层的反射和凹面有机玻璃对太阳光的汇聚作用，可以有效地改善太阳能电池的效率和寿命。

实施例3

本实施例的聚光装置结构如图1所示，其中，聚光基片100采用具有旋转抛物凹面101的凹面塑料，光子晶体层300采用SiO₂和TiO₂，光子晶体层300的厚度为480纳米左右，下转换层200的下转换材料采用Y₃Al₅O₁₂:Ce³⁺，下转换层200的厚度约为10μm。

上述实施例的聚光装置具体制造过程如下：

(1)准备一块凹面塑料作为基片，将其洗净并烘干待用；

(2)按照申请号为200410018081的中国专利提供的制备方法，利用超高真空电子束蒸发法在基片上交替生长SiO₂和TiO₂薄膜，各8层，设计SiO₂和TiO₂其厚度为30nm，形成厚度约480nm的全反射全可见光的光子晶体层；

(3)将3gY₃Al₅O₁₂:Ce³⁺颗粒(颗粒粒径约为5μm)均匀分散在10g聚氨酯中，搅拌均匀后，将其粉刷在步骤(2)所制备的光子晶体层上面，采用60℃现场固化成膜24小时，制成厚度约为10μm的下转换薄膜，该下转换薄膜能将400-520nm的光转换为480-650nm的可见光。该波段的光子可以较高效率地被有机太阳能电池吸收利用，并通过光子晶体层的反射和凹面有机玻璃对太阳光的汇聚作用，可以有效地改善太阳能电池的效率和寿命。

实施例4

本实施例的聚光装置结构如图1所示，其中，聚光基片100采用具有旋转抛物凹面101的凹面陶瓷，光子晶体层300采用硅橡胶和TiO₂，光子晶体层300的厚度为5μm左右，下转换层200的下转换材料采用Ca_0.4Sr_0.5B₆O₁₀:Ce³⁺ _0.03，Mn²⁺ _0.05，下转换层200的厚度约为15μm。

上述实施例的聚光装置具体制造过程如下：

(1)准备一块凹面陶瓷作为基片，将其洗净并烘干待用；

(2)按照申请号为200810018360.9的中国专利提供的制备方法，先将高分子聚合物基体材料硅橡胶涂布在基片上，然后利用纳米压印方式将粒径为200nm的单分散胶体颗粒TiO₂填入到高分子聚合物基体材料硅橡胶中，使单分散胶体颗粒在高分子聚合物基体材料中形成面心立方结构，形成一层厚度约5μm的全反射全可见光的光子晶体层，并将其烘干；

(3)将1.5g Ca_0.4Sr_0.5B₆O₁₀:Ce³⁺ _0.03，Mn²⁺ _0.05颗粒均匀分散在20g聚甲基丙烯酸甲酯中，搅拌均匀后，将其喷涂在步骤(2)所制备的光子晶体层上面，采用50℃现场固化成膜16小时，制成厚度约为15μm的下转换薄膜，该下转换薄膜能将250-350nm的紫外光转换为460-700nm的可见光。该波段的光子可以较高效率地被有机太阳能电池吸收利用，并通过光子晶体层的反射和凹面有机玻璃对太阳光的汇聚作用，可以有效地改善太阳能电池的效率和寿命。

实施例5

本实施例的聚光装置结构如图1所示，其中，聚光基片100采用具有旋转抛物凹面101的凹面铝板，光子晶体层300采用聚甲基丙烯酸甲酯和SiO₂，光子晶体层300的厚度为1500纳米左右，下转换层200的下转换材料采用CaSiO3:Pb²⁺，Mn²⁺，下转换层200的厚度约为5μm。

上述实施例的聚光装置具体制造过程如下：

(1)准备一块凹面铝板作为基片，将其洗净并烘干待用；

(2)按照申请号为200810018360.9的中国专利提供的制备方法，先高分子聚合物基体材料聚甲基丙烯酸甲酯涂布在基片上，然后利用纳米压印方式将粒径为300nm的单分散胶体颗粒SiO₂填入到高分子聚合物基体材料聚甲基丙烯酸甲酯中，使单分散胶体颗粒在高分子聚合物基体材料中形成面心立方结构，形成一层厚度约10μm的全反射全可见光的光子晶体层，并将其烘干；

(3)将2.5g CaSiO₃:Pb²⁺，Mn²⁺颗粒(颗粒粒径约为3μm)均匀分散在25g聚甲基丙烯酸甲酯中，搅拌均匀后，将其喷涂在步骤(2)所制备的光子晶体层上面，采用70℃现场固化成膜12小时，制成厚度约为5μm的下转换薄膜，该下转换薄膜能将360-520nm的光转换为550-750nm的可见光。该波段的光子可以较高效率地被有机太阳能电池吸收利用，并通过光子晶体层的反射和凹面有机玻璃对太阳光的汇聚作用，可以有效地改善太阳能电池的效率和寿命。

由以上实施例可知，基于不同的下转换材料，下转换层能将不同波段的紫外光转换为特定的波长的可见光，从而让有机太阳能电池充分吸收利用，提高太阳能利用率。另一方面，通过光子晶体层，该层可反射特定频率的光、全反射全可见光，这样可通过的反射和凹面有机玻璃对太阳光的汇聚作用，可以有效地改善太阳能电池的效率和寿命。而且这种层状结构简单，无需配备复杂的配件。在聚光装置制造方法中，按照预定步骤形成各层结构，其工艺步骤简单，生产成本低，具有广阔的应用前景。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种聚光装置，其包括聚光基片，所述聚光基片具有一旋转抛物凹面，其特征在于，射入所述聚光基片的光线在所述旋转抛物凹面通过反射后汇聚到一个聚光平面上，所述旋转抛物凹面上形成有用于反射太阳光的光子晶体层，所述光子晶体层上形成有下转换层，所述下转换层包括对光谱具有下转换功能的下转换材料。

2.如权利要求1所述的聚光装置，其特征在于，所述下转换材料包括单掺或双掺稀土离子的卤化物、氧化物、硼酸盐、硅酸盐、磷酸盐、钒酸盐、稀土共发光有机配合物中的至少一种。

3.如权利要求1所述的聚光装置，其特征在于，所述下转换材料包括单掺或双掺稀土离子的YF₃、LiGdF₄、KYE₄、LiYF₄、K₂GdF₅、BaF₂、LaVO₄、GdBO₃、GdAl₃(BO₃)₄、CaSiO₃、MMg₂SiO₇、(Sr，M)₁₀(PO₄)₆Cl或者稀土共发光有机配合物，其中M＝Ba、Sr或Ca。

4.如权利要求2所述的聚光装置，其特征在于，所述单掺稀土离子包括Ce³⁺、Er³⁺、Tb³⁺、Eu³⁺、Pr³⁺、Tm³⁺、Gd³⁺或Nd³⁺，所述双掺稀土离子包括Ce³⁺/Mn²⁺、Pb²⁺/Mn²⁺、Tb³⁺/Yb³、Pr³⁺/Yb³⁺、Gd⁺³/Eu³⁺或Tm³⁺/Yb³⁺。

5.如权利要求1所述的聚光装置，其特征在于，所述下转换层为包括有机材料及分散于有机材料中的下转换材料的薄膜，或者采用氧化物薄膜包覆下转换材料的复合结构；所述光子晶体层和下转换层均为顺沿所述旋转抛物凹面的凹状。

6.如权利要求1所述的聚光装置，其特征在于，所述光子晶体层的厚度为100纳米-2000纳米；所述下转换层的厚度为0.1微米-20微米。

7.一种聚光装置制造方法，其包括如下步骤：

选取聚光基片，所述聚光基片具有一旋转抛物凹面，射入所述聚光基片的光线在所述旋转抛物凹面通过反射后汇聚到一个聚光平面上；

在所述旋转抛物凹面上形成用于反射太阳光的光子晶体层；

在所述光子晶体层上形成下转换层，所述下转换层包括对光谱具有下转换功能的下转换材料。

8.如权利要求7所述的聚光装置制造方法，其特征在于，所述下转换材料包括单掺或双掺稀土离子的卤化物、氧化物、硼酸盐、硅酸盐、磷酸盐、钒酸盐、稀土共发光有机配合物中的至少一种，所述单掺稀土离子包括Ce³⁺、Er³⁺、Tb³⁺、Eu³⁺、Pr³⁺、Tm³⁺、Gd³⁺或Nd³⁺，所述双掺稀土离子包括Ce³⁺/Mn²⁺、Pb²⁺/Mn²⁺、Tb³⁺/Yb³、Pr³⁺/Yb³⁺、Gd⁺³/Eu³⁺或Tm³⁺/Yb³⁺。

9.如权利要求7所述的聚光装置制造方法，其特征在于，所述下转换层通过将溶胶-凝胶法形成的下转换材料颗粒分散于有机材料中后一起涂覆于所述光子晶体层上，或者采用化学共沉淀法将氧化物薄膜包覆下转换材料形成于所述光子晶体层上。

10.一种聚光装置太阳能电池系统，其包括太阳能电池装置以及如权利要求1-6任一项所述的聚光装置，所述太阳能电池装置设置于所述聚光装置的旋转抛物凹面对光汇聚形成的聚光平面上。

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