CN105967512B - 一种光转换光伏玻璃及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种光转换光伏玻璃，其包括基质玻璃以及掺杂于基质玻璃的光转换材料，所述光转换材料占所述基质玻璃的重量百分比为1％～10％，所述光转换材料包括稀土荧光材料，所述稀土荧光材料为Y₂O₃:Eu³⁺；Gd₂MoO₆:Sm³⁺；Y₂MoO₆:Eu³⁺；CaMoO₄:Eu³⁺,Sm³⁺；Y₃Al₅O₁₂:Ce³⁺；Lu₃Al₅O₁₂:Ce³⁺；Tb₃Al₅O₁₂:Ce³⁺；Ba₂SiO₄:Eu³⁺；Ca₂SiO₄:Eu³⁺；Sr₂SiO₄:Eu³⁺；Ca₂Si₅N₈:Eu³⁺；Sr₂Si₅N₈:Eu³⁺；SrSiAlN₃:Eu³⁺；CaSiAlN₃:Eu³⁺中的至少一种。本发明还涉及一种光转换光伏玻璃的制备方法及其应用。

Description

一种光转换光伏玻璃及其应用

技术领域

本发明属于太阳能电池技术领域，尤其涉及一种光转换光伏玻璃以及其应用。

背景技术

随着传统能源的日益贫乏，全球对新型能源的开发与利用越来越成为举世关注的焦点，太能作为新型能源具有取之不尽、用之不竭，无污染、无公害的特点而备受全球关注，并实现能源转化的产业化。

太阳能电池是一种利用太阳光直接发电的器件，已经被广泛应用。当太阳光照射到太阳能电池表面时，其中一部分光被表面反射，其余部分被吸收或透过。然而，由于受到太阳能电池所用材料的限制，太阳光谱中高能量光子的部分能量无法被有效吸收用于发电，导致太阳能电池转换效率不高。

光转换光伏玻璃，也称低铁玻璃，其具有高透过率、高透明性，其透过率可达92％以上。由于光转换光伏玻璃在太阳能电池光谱响应范围(380nm～1200nm)内具有高透射率，因此被广泛应用于太阳能电池玻璃盖板。然而，现有的光转换光伏玻璃虽然引入了稀土氧化物或稀土矿物(比如中国公开的专利申请CN102260041A)，但是由于稀土氧化物中f-f跃迁为禁阻跃迁，荧光效率较低，而简单的稀土矿物由于杂质的影响荧光效率几乎可以忽略，这使其光转换效率偏低，其难以有效的实现下转换效果。

发明内容

有鉴于此，确有必要提供一种可解决上述问题的光转换光伏玻璃以及其在太阳能电池的应用。

本发明提供一种光转换光伏玻璃，其包括基质玻璃以及掺杂于基质玻璃的光转换材料，所述光转换材料占所述基质玻璃的重量百分比为1％～10％，所述光转换材料包括稀土荧光材料，所述稀土荧光材料为Y₂O₃:Eu³⁺；Gd₂MoO₆:Sm³⁺；Y₂MoO₆:Eu³⁺；CaMoO₄:Eu³⁺,Sm³⁺；Y₃Al₅O₁₂:Ce³⁺；Lu₃Al₅O₁₂:Ce³⁺；Tb₃Al₅O₁₂:Ce³⁺；Ba₂SiO₄:Eu³⁺；Ca₂SiO₄:Eu³⁺；Sr₂SiO₄:Eu³⁺；Ca₂Si₅N₈:Eu³⁺；Sr₂Si₅N₈:Eu³⁺；SrSiAlN₃:Eu³⁺；CaSiAlN₃:Eu³⁺中的至少一种。

进一步的，所述光转换材料占所述基质玻璃的重量百分比为3％～10％。

进一步的，所述光转换材料还包括助熔剂以及还原剂，所述助熔剂为CaF₂、NH₄F、B₂O₃、NaH₂PO₄、Na₂HPO₄中的至少一种，所述还原剂为石墨粉或炭黑粉。

本发明提供一种光转换光伏玻璃的制备方法，其包括以下步骤：

(1)按照比例称量助熔剂、还原剂与稀土荧光材料并混合研磨，其中所述稀土荧光材料为Y₂O₃:Eu³⁺；Gd₂MoO₆:Sm³⁺；Y₂MoO₆:Eu³⁺；CaMoO₄:Eu³⁺,Sm³⁺；Y₃Al₅O₁₂:Ce³⁺；Lu₃Al₅O₁₂:Ce³⁺；Tb₃Al₅O₁₂:Ce³⁺；Ba₂SiO₄:Eu³⁺；Ca₂SiO₄:Eu³⁺；Sr₂SiO₄:Eu³⁺；Ca₂Si₅N₈:Eu³⁺；Sr₂Si₅N₈:Eu³⁺；SrSiAlN₃:Eu³⁺；CaSiAlN₃:Eu³⁺中的至少一种，所述助熔剂为CaF₂、NH₄F、B₂O₃、NaH₂PO₄、Na₂HPO₄中的至少一种，所述还原剂为石墨粉或炭黑粉；

(2)将研磨后的混合物与基质玻璃混合均匀，置于加热炉中进行处理得到光转换光伏玻璃。

进一步的，在步骤(1)中所述稀土荧光材料、助熔剂与还原剂的重量比例为：(90～96):(2～10):(2～10)。

进一步的，在步骤(2)中处理的时间为3小时～6小时。

进一步的，步骤(2)中所述加热炉的温度为1200摄氏度～1400摄氏度。

本发明还提供一种上述光转换光伏玻璃在太阳能电池中的应用。

与现有技术相比较，本发明提供的光转换光伏玻璃及应用具有以下优点：

所述光转换材料含有稀土荧光材料，该稀土荧光材料为典型的下转换材料，由于不仅本身不吸收可见光，而且可有效的将紫外光转换成可见光，因而，该光转换光伏玻璃具有较高的可见光透过率。将该光转换光伏玻璃应用于太阳能电池中时，可大大提高太阳能电池的光转换效率，而且可降低紫外光额外造成的器件老化的问题。该光转换光伏玻璃的制备过程，只需按照配方进行配料，将其融化，无需特别的设备以及环境要求，适合大规模工业化生产。

附图说明

图1为实施例1光转换光伏玻璃的光透过率曲线。

图2为实施例1光转换光伏玻璃的荧光光谱图(激发波长为365nm)。

图3为实施例2光转换光伏玻璃的荧光光谱图(激发波长为460nm)。

图4为实施例1太阳能电池的光转换效率的测试结果图。

图5为对比例1太阳能电池的光转换效率的测试结果图。

如下具体实施例将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

以下将对本发明提供的光转换光伏玻璃及在太阳能电池的应用作进一步说明。

本发明提供一种光转换光伏玻璃。该光转换光伏玻璃包括基质玻璃以及掺杂于基质玻璃的光转换材料。所述光转换材料占所述基质玻璃的重量百分比为1％～10％，优选为3％～10％。

所述光转换材料包括稀土荧光材料。所述稀土荧光材料为下转换材料，可将紫外光转换为可见光，而可增加可见光的吸收。所述稀土荧光材料为Y₂O₃:Eu³⁺；Gd₂MoO₆:Sm³⁺；Y₂MoO₆:Eu³⁺；CaMoO₄:Eu³⁺,Sm³⁺；Y₃Al₅O₁₂:Ce³⁺；Lu₃Al₅O₁₂:Ce³⁺；Tb₃Al₅O₁₂:Ce³⁺；Ba₂SiO₄:Eu³⁺；Ca₂SiO₄:Eu³⁺；Sr₂SiO₄:Eu³⁺；Ca₂Si₅N₈:Eu³⁺；Sr₂Si₅N₈:Eu³⁺；SrSiAlN₃:Eu³⁺；CaSiAlN₃:Eu³⁺中的至少一种。

所述光转换材料还包括助熔剂以及还原剂。所述助熔剂为CaF₂、NH₄F、B₂O₃、NaH₂PO₄、Na₂HPO₄中的至少一种。所述助熔剂的作用为：在制备过程中将所述光转换材料与基质玻璃充分混合熔融。所述还原剂为石墨粉或炭黑粉。所述还原剂的作用为：在制备过程中避免各组分被氧化。在制备时，加入原料时所述稀土荧光材料、助熔剂与还原剂的重量比例为：(90～96):(2～10):(2～10)。可以理解，所述还原剂在制备过程中的比例可能会发生变化，而在最终得到的光转换光伏玻璃中，残留的还原剂的比例可能更少。

该光转换光伏玻璃的制备方法如下：

(1)按照比例称量助熔剂、还原剂与稀土荧光材料并混合研磨，其中稀土荧光材料为Y₂O₃:Eu³⁺；Gd₂MoO₆:Sm³⁺；Y₂MoO₆:Eu³⁺；CaMoO₄:Eu³⁺,Sm³⁺；Y₃Al₅O₁₂:Ce³⁺；Lu₃Al₅O₁₂:Ce³⁺；Tb₃Al₅O₁₂:Ce³⁺；Ba₂SiO₄:Eu³⁺；Ca₂SiO₄:Eu³⁺；Sr₂SiO₄:Eu³⁺；Ca₂Si₅N₈:Eu³⁺；Sr₂Si₅N₈:Eu³⁺；SrSiAlN₃:Eu³⁺；CaSiAlN₃:Eu³⁺中的至少一种。所述助熔剂为CaF₂、NH₄F、B₂O₃、NaH₂PO₄、Na₂HPO₄中的至少一种。所述还原剂为石墨粉或炭黑粉；

(2)将研磨后的混合物与基质玻璃混合均匀，置于加热炉中进行处理得到光转换光伏玻璃。

在步骤(1)中所述稀土荧光材料、助熔剂与还原剂的重量比例为：(90～96):(2～10):(2～10)。优选的，所述稀土荧光材料、助熔剂与还原剂的重量比例为95:3:2。

在步骤(2)中，处理的时间为3小时～6小时。将基质玻璃和光转换材料混合，并加温至熔化。所述加热炉的温度为1200摄氏度～1400摄氏度。经过冷却后，采用浮法工艺或者压延工艺制得平板玻璃。最后经过退火工艺得到光转换光伏玻璃。所述退火工艺为自然冷却至室温。

所述基质玻璃的成分包括SiO₂、Na₂O、CaO、MgO、Al₂O₃，其中各组分的质量百分比如下：SiO₂ 70％～80％；Na₂O 10％～20％；CaO 5％～15％；MgO 0.1％～5％；Al₂O₃ 0.1％～5％。优选的，SiO₂ 70％～75％；Na₂O 12％～15％；CaO 7％～12％；MgO 2％～5％；Al₂O₃0.5％～2％。

需要说明的是，所述光转换光伏玻璃以及制备时的所用原料组分中的铁的含量控制在150ppm以下。

得到的光转换光伏玻璃的厚度不限，可为3.2毫米、4毫米等。

与现有技术相比较，本发明提供的光转换光伏玻璃及其应用具有以下优点：

所述光转换材料含有稀土荧光材料，该稀土荧光材料为典型的下转换材料，由于其不仅本身不吸收可见光，而且可有效的将紫外光转换成可见光，因而，该光转换光伏玻璃具有较高的可见光透过率。将该光转换光伏玻璃应用于太阳能电池中时，可大大提高太阳能电池的光转换效率，而且可降低紫外光额外造成的器件老化的问题。该光转换光伏玻璃的制备过程，只需按照配方进行配料，将其融化，无需特别的设备以及环境要求，适合大规模工业化生产。

以下通过实施例进一步说明所述光转换光伏玻璃及其应用

实施例1

将稀土荧光材料Y₂O₃:Eu³⁺、助熔剂CaF₂、还原剂石墨粉以90:5:5的质量比例进行混合，并进行研磨。

将研磨后的混合物进行与基质玻璃混合，并置于加热炉中进行处理3小时。其中所述加热炉的温度为1300摄氏度左右。经过压延工艺并退火得到光转换光伏玻璃。在光转换光伏玻璃中，所述光转换材料所占重量百分比为5％。所述光转换光伏玻璃的厚度为4毫米。

将所述光转换光伏玻璃制成太阳能电池。

对所述光转换光伏玻璃以及太阳能电池进行性能测试。测试结果见图1～图3。由图1可见，所述光转换光伏玻璃的透光率最高达97.3％。

由图2可见，所述光转换光伏玻璃在波长为610nm附近有较强的发光强度。

对比例1

对比例1的光转换光伏玻璃的制备方法同实施例1，不同之处在于，不加入光转换材料。该得到的光转换光伏玻璃的性能测试见图4。

由图4、图5可见，对比例1普通的超白玻璃制成的太阳能电池的光电转换效率仅为16％，而本实施例1所述光转换光伏玻璃制成的太阳能电池的光电转换效率高达17.2％。

实施例2

将稀土荧光材料Y₃Al₅O₁₂:Ce³⁺、助熔剂NH₄F、还原剂炭黑粉以95:3:2的质量比例进行混合，并进行研磨。

将研磨后的混合物进行与基质玻璃混合，并置于加热炉中进行处理4小时。其中所述加热炉的温度为1400摄氏度左右。再经过压延工艺并退火得到光转换光伏玻璃。在光转换光伏玻璃中，所述光转换材料所占重量百分比为8％。所述光转换光伏玻璃的厚度为3.2毫米。

将所述光转换光伏玻璃制成太阳能电池。

对所述光转换光伏玻璃进行性能测试。测试结果见图3。

由图3可见，所述光转换光伏玻璃在波长为550nm附近有较强的发光强度。

以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种光转换光伏玻璃，其特征在于，其包括基质玻璃以及掺杂于基质玻璃的光转换材料，所述光转换材料占所述基质玻璃的重量百分比为1％～10％，所述光转换材料包括稀土荧光材料，所述稀土荧光材料为Gd₂MoO₆:Sm³⁺；Y₂MoO₆:Eu³⁺；Lu₃Al₅O₁₂:Ce³⁺；Tb₃Al₅O₁₂:Ce³⁺；SrSiAlN₃:Eu³⁺；CaSiAlN₃:Eu³⁺中的至少一种，所述光转换材料还包括助熔剂以及还原剂，所述助熔剂为CaF₂、NH₄F、B₂O₃、NaH₂PO₄、Na₂HPO₄中的至少一种，所述还原剂为石墨粉或炭黑粉，所述稀土荧光材料、助熔剂与还原剂的重量比例为：(90～96):(2～10):(2～10)。

2.根据权利要求1所述的光转换光伏玻璃，其特征在于，所述光转换材料占所述基质玻璃的重量百分比为3％～10％。

3.一种光转换光伏玻璃的制备方法，其特征在于，其包括以下步骤：

(1)按照比例称量助熔剂、还原剂与稀土荧光材料并混合研磨，其中所述稀土荧光材料为Gd₂MoO₆:Sm³⁺；Y₂MoO₆:Eu³⁺；Lu₃Al₅O₁₂:Ce³⁺；Tb₃Al₅O₁₂:Ce³⁺；SrSiAlN₃:Eu³⁺；CaSiAlN₃:Eu³⁺中的至少一种，所述助熔剂为CaF₂、NH₄F、B₂O₃、NaH₂PO₄、Na₂HPO₄中的至少一种，所述还原剂为石墨粉或炭黑粉，所述稀土荧光材料、助熔剂与还原剂的重量比例为：(90～96):(2～10):(2～10)；

(2)将研磨后的混合物与基质玻璃混合均匀，置于加热炉中进行处理得到光转换光伏玻璃。

4.根据权利要求3所述的光转换光伏玻璃的制备方法，其特征在于，在步骤(2)中处理的时间为3小时～6小时。

5.根据权利要求3所述的光转换光伏玻璃的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述加热炉的温度为1200摄氏度～1400摄氏度。

6.根据权利要求1～2所述的光转换光伏玻璃在太阳能电池中的应用。