CN102351424A

CN102351424A - 薄膜太阳能电池衬底用稀土掺杂硼酸盐发光玻璃

Info

Publication number: CN102351424A
Application number: CN2011102043597A
Authority: CN
Inventors: 张希艳; 刘全生; 柏朝晖; 卢利平; 王晓春; 米晓云; 王能利; 孙海鹰
Original assignee: Changchun University of Science and Technology
Current assignee: Changchun University of Science and Technology
Priority date: 2011-07-21
Filing date: 2011-07-21
Publication date: 2012-02-15

Abstract

薄膜太阳能电池衬底用稀土掺杂硼酸盐发光玻璃属于光学功能材料技术领域和新型能源材料技术领域。现有低铁含量的硅酸盐玻璃衬底透射近紫外、短波可见光，薄膜太阳能电池光敏层对该波段光响应低，将该部分光转变为热，光电转换效率因此而降低。本发明玻璃的组分为a B₂O₃-b SrO-c A₂O-d Re_xO_y或a B₂O₃-b SrO-c AX-d Re_xO_y，其中A为一种碱金属元素；X为一种卤素元素；Re_xO_y为稀土氧化物；a、b、c和d为各组分的质量百分含量(wt％)。能够吸收近紫外光及短波可见光作为激发光，发射长波可见光，将原本薄膜太阳能电池光敏层响应较低的光转换为响应较高的光，从而提高的薄膜太阳能电池的光电转换效率。

Description

薄膜太阳能电池衬底用稀土掺杂硼酸盐发光玻璃

技术领域

本发明涉及一种薄膜太阳能电池衬底用稀土掺杂硼酸盐发光玻璃，属于光学功能材料技术领域和新型能源材料技术领域。

背景技术

薄膜太阳能电池中的化合物薄膜太阳能电池主要由玻璃衬底及附着在玻璃衬底上的光敏层构成，太阳光透过玻璃衬底照射到光敏层，由光敏层实现光电转换，这种太阳能电池具有较高的光电转换效率。现有技术采用一种超透明低铁玻璃作为衬底材料。专利号为7893350B2的一项名称为“Low iron transmission float glass for solar cell applications andmethod of making same”的美国专利公开了一种用于薄膜太阳能电池的低铁含量的硅酸盐玻璃衬底及其制备方法。所述硅酸盐玻璃的组分及质量百分含量(wt％)为：SiO₂67～75、Na₂O10～20、CaO 5～15、MgO 0～7、Al₂O₃0～7、K₂O 0～5。所述超透明低铁玻璃价格低廉，具有良好的近紫外、可见、红外透射特性。不过，薄膜太阳能电池光敏层对紫外，包括300～400nm近紫外光，以及400～450nm短波可见光响应低，这部分光被转变为热，薄膜太阳能电池的光电转换效率因此而降低。

申请号为200510017210.2、名称为“以硼酸锌为基质的红色或绿色长余辉玻璃的制备方法”的一件中国专利申请涉及一种以硼酸锌为基质的红色或绿色长余辉玻璃，该玻璃的化学式为：a ZnO-b B₂O₃:c X，其中X为锰或者铽，作为掺杂发光离子。然而，该玻璃仅在254nm的短波紫外激发下才具有长余辉特性，光转化区间窄，化学稳定性差，这些不足使其不适合作为薄膜太阳能电池玻璃衬底。

发明内容

为了能够通过采用发光玻璃作为薄膜太阳能电池玻璃衬底，使透过薄膜太阳能电池玻璃衬底的太阳光中的300～400nm近紫外光、400～450nm短波可见光也能够被薄膜太阳能电池转换为电能，拓宽光转化区间，提高薄膜太阳能电池的光电转换效率，同时，所采用的发光玻璃具有良好的化学稳定性，以适合作为太阳能电池所处的使用环境，我们发明了一种薄膜太阳能电池衬底用稀土掺杂硼酸盐发光玻璃。

本发明之薄膜太阳能电池衬底用稀土掺杂硼酸盐发光玻璃是一种硼酸盐玻璃，掺杂稀土发光离子，其特征在于，玻璃的组分为：

a B₂O₃-b SrO-c A₂O-d Re_xO_y，

或者为：

a B₂O₃-b SrO-c AX-d Re_xO_y，

其中A为一种碱金属元素；X为一种卤素元素；Re_xO_y为稀土氧化物；a、b、c和d为各组分的质量百分含量(wt％)，其中，a＝20～80，b＝10～60，c＝2～10，d＝0.1～10。

该方案其效果在于，B₂O₃作为玻璃的生成体，形成网络结构，说明本发明之发光玻璃是一种硼酸盐玻璃。SrO、A₂O或者AX均作为网络外体，与B₂O₃共同形成玻璃，所形成的玻璃具有良好的化学稳定性。A₂O或者AX兼作为助熔剂，降低玻璃熔点和黏度，因而能够简化玻璃生产工艺。A₂O或者AX还作为电荷补偿剂，改善发光特性，直接表现在本发明之发光玻璃具有良好的紫外、短波可见有用吸收，见图1所示，即能够吸收200～300nm紫外光、300～400nm近紫外光及400～450nm短波可见光作为激发光，见图2所示，发射长波可见光，如红光，见图3所示，也就是将原本薄膜太阳能电池光敏层响应较低的光转换为响应较高的光，从而提高的薄膜太阳能电池的光电转换效率。

附图说明

图1是本发明之稀土掺杂硼酸盐发光玻璃的透过光谱图。

图2是本发明之稀土掺杂硼酸盐发光玻璃激发光谱图，监测光波长为611nm。

图3是本发明之稀土掺杂硼酸盐发光玻璃发射光谱图，激发光波长为360nm，该图兼作为摘要附图。

具体实施方式

本发明之薄膜太阳能电池衬底用稀土掺杂硼酸盐发光玻璃的具体方案如下，玻璃的组分为：

a B₂O₃-b SrO-c A₂O-d Re_xO_y，

或者为：

a B₂O₃-b SrO-c AX-d Re_xO_y，

其中A为一种碱金属元素，为Li、Na、K之一；X为一种卤素元素，为F、Cl之一；Re_xO_y为稀土氧化物，包括Eu₂O₃、Dy₂O₃、Sm₂O₃、Yb₂O₃、Nd₂O₃、Y₂O₃、Er₂O₃、CeO₂、La₂O₃、Ho₂O₃、Tm₂O₃和Pr₆O₁₁，掺入其中一种，或者其中两种、三种共掺；

a、b、c和d为各组分的质量百分含量(wt％)，其中，a＝20～80，b＝10～60，c＝2～10，d＝0.1～10。

例如：

合成原料包括H₃BO₃、SrCO₃、LiF和Eu₂O₃，其中以H₃BO₃引入B₂O₃，以SrCO₃引入SrO。

按照玻璃组分及质量百分配比58B₂O₃-33SrO-7LiF-2Eu₂O₃，换算对应的原料及称重5.8H₃BO₃-5.9SrCO₃-0.6LiF-0.19Eu₂O₃。

或者按照玻璃组分及质量百分配比58B₂O₃-32SrO-6LiF-2Eu₂O₃-2Dy₂O₃，换算对应的原料及称重5.8H₃BO₃-5.9SrCO₃-0.6LiF-0.19Eu₂O₃-0.125Dy₂O₃。

或者按照玻璃组分及质量百分配比56B₂O₃-31SrO-7LiF-2Eu₂O₃-2Ho₂O₃-2Tm₂O₃，，换算对应的原料及称重5.8H₃BO₃-5.9SrCO₃-0.6LiF-0.19Eu₂O₃-0.370Ho₂O₃-0.617Tm₂O₃。

或者按照玻璃组分及质量百分配比50B₂O₃-40SrO-5LiF-5Eu₂O₃，换算对应的原料及称重48.3H₃BO₃-72.6SrCO₃-5LiF-5Eu₂O₃。

或者按照玻璃组分及质量百分配比80B₂O₃-17SrO-2.9LiF-0.1Eu₂O₃换算对应的原料及称重48.3H₃BO₃-54.4SrCO₃-10LiF-10Eu₂O₃。

或者按照玻璃组分及质量百分配比50B₂O₃-30SrO-10LiF-10Eu₂O₃换算对应的原料及称重77.2H₃BO₃-18.1SrCO₃-8LiF-2Eu₂O₃。

或者按照玻璃组分及质量百分配比80B₂O₃-10SrO-8LiF-2Eu₂O₃，换算对应的原料及称重77.2H₃BO₃-18.1SrCO₃-8LiF-2Eu₂O₃。

或者按照玻璃组分及质量百分配比80B₂O₃-10SrO-8Li₂O-2Eu₂O₃，换算对应的原料及称重77.2H₃BO₃-18.1SrCO₃-8Li₂O-2Eu₂O₃。

用精密电子天平称取各原料，将称取的各原料倒入玛瑙研钵中混合研磨，研磨10min得混合原料。采用高温熔融法熔制发光玻璃。将配好的混合原料装入刚玉坩埚，在高温井式电阻炉中、在1000℃温度下加热30min，得到稀土掺杂硼酸盐发光玻璃。将该玻璃在高温箱式电阻炉中、在500℃温度下精密退火24h，随炉冷却至室温。

该玻璃在近紫外、短波可见即300nm到450nm具有较高的吸收，见图1所示。该玻璃的激发光谱较宽，从300nm到450nm均能有效激发，见图2所示。该玻璃的发射光谱是由峰值位于570nm和610nm的宽带谱组成，发光强度较高且呈高斯分布，见图3所示。可见该玻璃能够将入射太阳光近紫外、短波部分转换为能够被光敏层转换为电能的长波长可见光。

Claims

1.一种薄膜太阳能电池衬底用稀土掺杂硼酸盐发光玻璃，属于硼酸盐玻璃，掺杂稀土发光离子，其特征在于，玻璃的组分为：

a B₂O₃-b SrO-c A₂O-d Re_xO_y，

或者为：

a B₂O₃-b SrO-c AX-d Re_xO_y，

2.根据权利要求1所述的稀土掺杂硼酸盐发光玻璃，其特征在于，A为Li、Na、K之一；X为F、Cl之一；Re_xO_y包括Eu₂O₃、Dy₂O₃、Sm₂O₃、Yb₂O₃、Nd₂O₃、Y₂O₃、Er₂O₃、CeO₂、La₂O₃、Ho₂O₃、Tm₂O₃和Pr₆O₁₁，掺入其中一种，或者其中两种、三种共掺。