CN112567545A - 包括发光太阳能集中器和基于钙钛矿的光伏电池的光伏装置 - Google Patents

包括发光太阳能集中器和基于钙钛矿的光伏电池的光伏装置 Download PDF

Info

Publication number
CN112567545A
CN112567545A CN201980053730.9A CN201980053730A CN112567545A CN 112567545 A CN112567545 A CN 112567545A CN 201980053730 A CN201980053730 A CN 201980053730A CN 112567545 A CN112567545 A CN 112567545A
Authority
CN
China
Prior art keywords
solar
photovoltaic
perovskite
bis
lead
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.)
Pending
Application number
CN201980053730.9A
Other languages
English (en)
Inventor
罗伯托·福斯科
加布里埃拉·托佐拉
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.)
Eni SpA
Original Assignee
Eni SpA
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 Eni SpA filed Critical Eni SpA
Publication of CN112567545A publication Critical patent/CN112567545A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G9/00—Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
    • H01G9/20—Light-sensitive devices
    • H01G9/209—Light trapping arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G9/00—Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
    • H01G9/20—Light-sensitive devices
    • H01G9/2004—Light-sensitive devices characterised by the electrolyte, e.g. comprising an organic electrolyte
    • H01G9/2009—Solid electrolytes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/054—Optical elements directly associated or integrated with the PV cell, e.g. light-reflecting means or light-concentrating means
    • H01L31/055—Optical elements directly associated or integrated with the PV cell, e.g. light-reflecting means or light-concentrating means where light is absorbed and re-emitted at a different wavelength by the optical element directly associated or integrated with the PV cell, e.g. by using luminescent material, fluorescent concentrators or up-conversion arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
    • H10K30/30—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation comprising bulk heterojunctions, e.g. interpenetrating networks of donor and acceptor material domains
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
    • H10K30/80—Constructional details
    • H10K30/87—Light-trapping means
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K39/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one organic radiation-sensitive element covered by group H10K30/00
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
    • H10K85/50—Organic perovskites; Hybrid organic-inorganic perovskites [HOIP], e.g. CH3NH3PbI3
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
    • H10K30/10—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation comprising heterojunctions between organic semiconductors and inorganic semiconductors
    • H10K30/15—Sensitised wide-bandgap semiconductor devices, e.g. dye-sensitised TiO2
    • H10K30/151—Sensitised wide-bandgap semiconductor devices, e.g. dye-sensitised TiO2 the wide bandgap semiconductor comprising titanium oxide, e.g. TiO2
    • 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
    • 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
    • Y02E10/542—Dye sensitized solar cells
    • 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
    • Y02E10/549—Organic PV cells

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)
  • Luminescent Compositions (AREA)

Abstract

一种光伏装置(或太阳能装置)包括：至少一个发光太阳能集中器(LSC)，其具有上表面、下表面和一个或多个外侧面；位于所述发光太阳能集中器(LSC)的至少一个外侧面的外部的至少一个基于钙钛矿的光伏电池(或太阳能电池)，所述钙钛矿选自有机金属三卤化物。所述光伏装置(或太阳能装置)可以有利地用于需要通过利用光能(特别是太阳辐射能)来产生电能的各种应用，诸如例如：建筑物集成光伏(BIPV)系统、光伏窗、温室、光生物反应器、隔音屏障、照明设备、设计、广告、汽车工业中。此外，所述光伏装置(或太阳能装置)可以以独立模式和模块化系统使用。

Description

包括发光太阳能集中器和基于钙钛矿的光伏电池的光伏装置
技术领域
本发明涉及包括发光太阳能集中器(LSC)和基于钙钛矿的光伏电池(或太阳能电池)的光伏装置(或太阳能装置)。
更特别地，本发明涉及一种光伏装置(或太阳能装置)，包括：至少一个发光太阳能集中器(LSC)，其具有上表面、下表面和一个或多个外侧面；至少一个基于钙钛矿的光伏电池(或太阳能电池)，其位于所述发光太阳能集中器(LSC)的至少一个外侧面的外部，所述钙钛矿选自有机金属三卤化物。
所述光伏装置(或太阳能装置)可以有利地用于需要通过利用光能，特别是太阳辐射能来产生电能的各种应用，诸如例如：建筑物集成光伏(BIPV)系统、光伏窗、温室、光生物反应器、隔音屏障、照明设备、设计、广告、汽车工业。此外，所述光伏装置(或太阳能装置)可以以独立模式和模块化系统使用。
背景技术
典型地，本领域已知的发光太阳能集中器(LSC)为板的形式，该板包括透明材料基体，该透明材料本身对感兴趣的辐射是透明的(例如，透明玻璃面板或透明聚合物材料)，以及一种或多种通常例如选自有机化合物、金属络合物、无机化合物(例如稀土元素)、量子点(QD)的光致发光化合物。由于全反射的光学现象的作用，由光致发光化合物发射的辐射被“引导”到所述板的薄外侧面，在此处集中在位于那里的光伏电池(或太阳能电池)上。以此方式，可以使用低成本材料(所述板)的大表面来将光集中到高成本材料[光伏电池(或太阳能电池)]的小表面上。所述光致发光化合物可以以薄膜形式沉积在透明材料基体上，或者它们可以分散在透明基体内。可选地，它们可以分散在透明基体内。可选地，透明基体可以直接用光致发光生色团官能化。
在现有技术状态下，发光太阳能集中器(LSC)的性能取决于多个因素，最相关的例如是所使用的光致发光化合物的转换效率(该光致发光化合物吸收处于较低波长的光子并且将它们转换为较大波长的光子)以及位于所述板的外侧面上的光伏电池(或太阳能电池)的效率，该光伏电池(或太阳能电池)将后者转换为电能。在电能的转换中光伏电池(或太阳能电池)利用由光致发光化合物所发射的光子的能量的能力越强，则光伏装置(或太阳能装置)的效率将越大。
目前，最常与发光太阳能集中器(LSC)一起使用的光伏电池(或太阳能电池)是无机光伏电池(或太阳能电池)，特别地，基于晶体硅的光伏电池(或太阳能电池)，其在直接太阳照射下提供最佳性能/生产成本比。
然而，由于基于晶体硅的光伏电池(或太阳能电池)通常具有低带隙值(即对于在导带和价带之间的能量差的低值)(例如，带隙值在约1.0eV至约1.1eV的范围内)和低的开路电压(Voc)值[例如，开路电压(Voc)值在约0.5V至0.6V的范围内]，所述基于晶体硅的光伏电池(或太阳能电池)不允许最佳利用由发光太阳能集中器(LSC)所发射的辐射(通常在1.5eV至2.0eV的范围内)。
发光太阳能集中器(LSC)与不同于基于晶体硅的那些的光伏电池(或太阳能电池)的耦合已经在文献中进行了描述。
例如，已知晓发光太阳能集中器(LSC)与基于砷化镓(GaAs)或磷化镓铟(InGaP)的无机太阳能电池的耦合，如例如由Debjie M.G.等人在“Advanced Energy Materials(先进能源材料)”(2012)，第2卷，第12-35页中报告的。
Koeppe R.等人在“Applied Physics Letters(应用物理快报)”(2007)，第90卷，181126中报告了发光太阳能集中器(LSC)与基于酞菁锌和富勒烯C60的有机太阳能电池的耦合。
McKenna B.等人在“Advanced Materials(先进材料)”(2017)，1606491中报告了使用发光太阳能集中器(LSC)与多种类型的太阳能电池，诸如例如基于晶体硅的太阳能电池、基于砷化镓(GaAs)的太阳能电池、基于钙钛矿的太阳能电池、有机太阳能电池、染料敏化太阳能电池(DSSC)。特别地，报告了基于钙钛矿的太阳能电池，其表面涂覆有一层发光材料用于改善其对于紫外辐射的稳定性的目的。
Chander N.等人在“Applied Physics Letters(应用物理快报)”(2014)，第105卷，33904中报告了一种用于改善基于钙钛矿的太阳能电池中的对于紫外辐射的稳定性的简单方法，其中使用基于纳米尺寸的磷(纳米磷)，即基于通过水热处理获得的YVO4：Eu3+的发光材料的透明层作为涂层。以上提及的层被说成还允许在功率转换效率(PCE)方面改善所述基于钙钛矿的太阳能电池的效率。
Hou X.等人在“Solar Energy Materials&Solar Cells(太阳能材料与太阳能电池)”(2016)，第149卷，第121-127页中报告了高性能的基于钙钛矿的太阳能电池，其中将纳米尺寸的磷(纳米磷)掺入到二氧化钛的介孔层，即ZnGa2O4：Eu3+中。以上提及的基于钙钛矿的太阳能电池被说成在功率转换效率(PCE)方面和在短路光电流密度(Jsc)方面都显示出改善。
Bella F.等人在“Science(科笋)”(2016)，第354(6309)卷，第203-206页报告了由于基于氟化的光聚合物的涂层而具有改善的性能和对于紫外辐射和水的稳定性的基于钙钛矿的太阳能电池。
美国专利US 8,952,239涉及一种包括多种太阳能集中器的太阳能组件。在一个实施方案中，太阳能组件包括一系列的光伏电池以及与所述一系列的光伏电池耦合的太阳能集中器。所述光伏电池可以是基于晶体硅的或者基于非晶硅、镓、第III-V族的无机材料或半导体材料(如砷化镓)的。
美国专利申请US 2014/0283896涉及一种透明的发光太阳能集中器(LSC)。特别地，所述发光太阳能集中器(LSC)具有掺入到波导基体中的发光体，该波导基体选择性地吸收近红外的光并向安装在所述发光太阳能集中器(LSC)的边缘上或整合到所述发光太阳能集中器(LSC)中的光伏阵列。所述光伏阵列还可以包括基于钙钛矿的太阳能电池。
国际专利申请WO 2015/079094涉及一种太阳能集中器，其特征在于它包括：透明或半透明基底；光子晶体涂层；放置在所述基底上的至少一个光伏电池，所述至少一个光伏电池的有源表面平行于所述基底放置；以及与所述光子晶体涂层接触放置的发光材料层，其中所述光子晶体涂层放置在所述基底上并且发光材料层放置在所述光子晶体涂层上，或者所述发光材料层放置在所述基底上并且光子晶体涂层放置在所述发光材料层上。在可用于此目的的光伏电池中，还述及了基于钙钛矿的太阳能电池。
然而，从以上提及的现有技术可以看出，没有具体描述和/或例示发光太阳能集中器(LSC)与基于钙钛矿的光伏电池(或太阳能电池)的耦合。
基于钙钛矿的光伏电池(或太阳能电池)是太阳能光伏技术中相对较新的参与者，并且在很短的时间内见证了在功率转换效率方面的极大改善。特别地，仅在2012年到2016年的五年间，基于钙钛矿的光伏电池(或太阳能电池)的功率转换效率已从约4％提升至22.1％，如在以下互联网网站所展示的：https：//www.nrel.gov/pv/assets/images/efficiency-chart.png。在光伏(或太阳能)领域中广泛使用的基于钙钛矿的光伏电池(或太阳能电池)的类型是特征在于高消光系数和电荷迁移率的基于有机金属卤化物材料的混合有机-无机光伏电池(或太阳能电池)。钙钛矿结构通常由式ABX3表示，并且在所述有机金属卤化物材料的情况下，A表示有机阳离子，B表示金属阳离子，并且X表示卤素阴离子。特别地，当前最常用的钙钛矿类型是基于卤化铅的钙钛矿，其中A(有机阳离子)是甲基铵CH3NH3 +，B(金属阳离子)是铅离子Pb2+并且X(卤素阴离子)是三-碘离子I-，使得总体分子式为CH3NH3PbI3。所述钙钛矿类型的带隙等于1.57eV，其对应于约790nm的波长，并且因此成功吸收整个可见光谱。
此外，基于钙钛矿的光伏电池(或太阳能电池)易于生产和使用常见的材料，并且因此在经济上也是有利的。更具体地，所述基于钙钛矿的光伏电池(或太阳能电池)结合了在无机半导体中发现的结晶度和[电子(-)和电子间隙(或空穴)(+)两者的]高电荷转移，其中在溶剂的存在下基于低温工艺低成本生产光伏电池(或太阳能电池)。此外，与常规的半导体光伏电池(或太阳能电池)不同，基于钙钛矿的光伏电池(或太阳能电池)通过改变其晶体结构中的原子类型而能够效仿带隙，并且因此能够在太阳光谱的特定部分中发生吸收。另一方面，所述基于钙钛矿的光伏电池(或太阳能电池)表现出的外量子效率(EQE)低于基于晶体硅的光伏电池(或太阳能电池)的外量子效率(EQE)。
关于基于钙钛矿的光伏电池(或太阳能电池)的进一步细节，可以例如在：Cui J.等人，“Science and Technology of Advanced Materials(先进材料科学技术)”(2015)，第16卷，036004；Eperon G.E.等人，“Energy&Environmental Science(能源环境科学)”(2014)，第7卷，第982-988页；Li G.等人，“Advanced Energy Materials(先进能源材料)”(2015)，1401775中找到。
因此，对于包括发光太阳能集中器(LSC)和基于钙钛矿的光伏电池(或太阳能电池)的光伏装置(或太阳能装置)的研究具有极大兴趣。
发明内容
因此，申请人提出了寻找能够展现出良好电功率密度(ρ)值并且因此展现出良好性能的包括发光太阳能集中器(LSC)和基于钙钛矿的光伏电池(或太阳能电池)的光伏装置(或太阳能装置)的问题。
现在，申请人已发现了一种能够展现出良好电功率密度(ρ)值并且因此展现出良好性能的包括至少一个发光太阳能集中器(LSC)和至少一个基于钙钛矿的光伏电池(或太阳能电池)的基于钙钛矿的光伏电池(或太阳能电池)。此外，该光伏装置(或太阳能装置)展现出大于1的如以下报告所计算的在所产生的电功率密度(ρ)和所预期的电功率密度(ρ预期)之间的比率，并且因此展现出相对于所预期的更大的产生的电功率密度(ρ)。所述光伏装置(或太阳能装置)可以有利地用于需要通过利用光能，特别是太阳辐射能来产生电能的各种应用，诸如例如：建筑物集成光伏(BIPV)系统、光伏窗、温室、光生物反应器、隔音屏障、照明设备、设计、广告、汽车工业。此外，所述光伏装置(或太阳能装置)可以以独立模式和模块化系统使用。
因此，本发明的目的是一种光伏装置(或太阳能装置)，其包括：
-至少一个发光太阳能集中器(LSC)，其具有上表面、下表面和一个或多个外侧面；
-至少一个基于钙钛矿的光伏电池(或太阳能电池)，其位于所述发光太阳能集中器(LSC)的至少一个外侧面的外部，所述钙钛矿选自有机金属三卤化物。
出于本说明书和所附权利要求书的目的，除非另有规定，否则数值范围的定义总是包括极值。
出于本说明书和所附权利要求书的目的，术语“包括”也包括术语“基本上由......组成”或“由......组成”。
如以上所提及的，所述发光太阳能集中器(LSC)具有上表面、下表面和一个或多个外侧面。根据一个实施方案，所述发光太阳能集中器(LSC)可以具有一个外侧面(例如，其可以是圆形的)、三个、四个、五个、六个、七个或更多个侧面。根据一个实施方案，所述发光太阳能集中器(LSC)可以具有与上表面间隔开的下表面，其中一个或多个外侧面从上表面延伸至下表面。根据一个实施方案，所述上表面被配置成从光子源接收光子并且相对于所述下表面被定位为更靠近光子源。
根据本发明的一个优选实施方案，所述发光太阳能集中器(LSC)具有被配置为接收光子的上表面、被配置为接收光子的下表面以及从上表面延伸至下表面的四个外侧面，所述上表面相对于所述下表面被定位为更靠近光子源。
根据本发明的一个优选实施方案，所述发光太阳能集中器(LSC)是包括透明材料基体和至少一种光致发光化合物的板。
根据本发明的一个优选实施方案，所述透明材料可以例如选自：透明聚合物，诸如例如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、聚甲基丙烯酸异丁酯、聚甲基丙烯酸乙酯、聚碳酸烯丙基二乙二醇酯、聚甲基丙烯酰亚胺、聚碳酸酯醚、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯醇缩丁醛、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、乙烯-四氟乙烯共聚物、聚酰亚胺、聚氨酯、苯乙烯-丙烯腈共聚物、苯乙烯-丁二烯共聚物、聚苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯苯乙烯共聚物、聚醚砜、聚砜、三乙酸纤维素、由玻璃化转变温度(Tg)高于0℃的脆性基体(I)和尺寸小于100nm且由大分子序列(II)(其具有柔性并且玻璃化转变温度(Tg)低于0℃)组成的弹性体区域组成并且例如描述于美国专利申请US 2015/0038650的透明和耐冲击的交联丙烯酸组合物(为了更简洁，下文称为PPMA-IR)或者它们的混合物；透明玻璃，诸如例如二氧化硅、石英、氧化铝、二氧化钛或者它们的混合物。聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、PMMA-IR或者它们的混合物是优选的。优选地，所述透明材料可以具有在1.30至1.70的范围内的折射率。
根据本发明的一个优选实施方案，所述光致发光化合物可以例如选自：苝类化合物，诸如例如以来自BASF的商品名
Figure BDA0002942493300000061
已知的化合物；并苯类化合物，其例如描述于以本申请人名义的国际专利申请WO 2011/048458；苯并噻二唑类化合物，其例如描述于以本申请人名义的国际专利申请WO 2011/048458；包含苯并杂二唑基团和至少一个苯并二噻吩基团的化合物，其例如描述于以本申请人名义的国际专利申请WO 2013/098726；二取代的萘并噻二唑(naphtathiadiazole)类化合物，其例如描述于以本申请人名义的欧洲专利申请EP 2 789 620；被苯并二噻吩基团二取代的苯并杂二唑类化合物，其例如描述于以本申请人名义的欧洲专利申请EP 2 789 620；二取代的苯并杂二唑类化合物，其例如描述于以本申请人名义的国际专利申请WO 2016/046310；二取代的二芳氧基苯并杂二唑类化合物，其例如描述于以本申请人名义的国际专利申请WO 2016/046319；或者它们的混合物。
可以有利地用于本发明目的的光致发光化合物的具体实例是：N，N’-双(2’，6’-二-异丙基苯基)(1，6，7，12-四苯氧基)(3，4，9，10-苝二酰亚胺(
Figure BDA0002942493300000062
F Red 305-Basf)、9，10-二苯基蒽(DPA)、4，7-二(噻吩-2’-基)-2，1，3-苯并噻二唑(DTB)、5，6-二苯氧基-4，7-双(2-噻吩基)-2，1，3-苯并噻二唑(DTBOP)、5，6-二苯氧基-4，7-双[5-(2，6-二甲基苯基)-2-噻吩基]苯并[c]1，2，5-噻二唑(MPDTBOP)、5，6-二苯氧基-4，7-双[5-(2，5-二甲基苯基)-2-噻吩基]苯并[c]1，2，5-噻二唑(PPDTBOP)、4，7-双[5-(2，6-二甲基苯基)-2-噻吩基]苯并[c]1，2，5-噻二唑(MPDTB)、4，7-双[5-(2，6-二-异丙基苯基)-2-噻吩基]苯并[c]1，2，5-噻二唑(IPPDTB)、4，7-双[4，5-(2，6-二甲基苯基)-2-噻吩基]苯并[c]1，2，5-噻二唑(2MPDTB)、4，7-双(7’，8’-二丁基苯并[1’，2’-b’：4’，3’-b′’]二噻吩-5’-基)-苯并[c][1，2，5]噻二唑(F500)、4，9-双(7’，8’-二丁基苯并[1’，2’-b’：4’，3’-b′’]二噻吩-5’-基)-萘并[2，3-c][1，2，5]噻二唑(F521)、4，7-双(5-(噻吩-2-基)噻吩-2-基)苯并[c][1，2，5]噻二唑(QTB)、4，9-双(噻吩-2’-基)-萘并[2，3-c][1，2，5]噻二唑(DTN)、或者它们的混合物。9，10-5，6-二苯氧基-4，7-双[5-(2，6-二甲基苯基)-2-噻吩基]苯并[c]1，2，5-噻二唑(MPDTBOP)、5，6-二苯氧基-4，7-双[5-(2，5-二甲基苯基)-2-噻吩基]苯并[c]1，2，5-噻二唑(PPDTBOP)、N，N’-双(2’，6’-二-异丙基苯基)(1，6，7，12-四苯氧基)(3，4，9，10-苝二酰亚胺(
Figure BDA0002942493300000063
FRed 305-Basf)或者它们的混合物是优选的。
根据本发明的一个优选实施方案，所述光致发光化合物在所述透明基体中存在的量可以在0.1克/单位表面积至3克/单位表面积的范围内，优选在0.2克/单位表面积至2.5克/单位表面积的范围内，所述单位表面积是指以m2表示的透明材料基体的表面积。
根据本发明的另一个实施方案，所述光致发光化合物可以例如选自量子点(QD)，该量子点(QD)可以由可以例如选自属于元素周期表第12-16、13-15、14-16族的元素的不同元素组成。优选地，所述量子点(QD)可以例如选自：硫化铅(PbS)、硫化锌(ZnS)、硫化镉(CdS)、硒化镉(CdSe)、碲化镉(CdTe)、银(Ag)、金(Au)、铝(Al)、或者它们的混合物。
出于本说明书和所附权利要求书的目的，术语“元素周期表”是指在以下互联网网站上报告的“IUPAC元素周期表”(2016年1月8日版)：https：//iupac.org/what-we-do/periodic-table-of-elements/。
与所述量子点(QD)相关的进一步信息可以例如在美国专利申请US 2011/240960中找到。
根据本发明的一个优选实施方案，当选自所述量子点(QD)时，所述光致发光化合物在所述透明基体中存在的量可以在0.05克/单位表面积至100克/单位表面积的范围内，优选在0.15克/单位表面积至20克/单位表面积的范围内，所述单位表面积是指以m2表示的透明材料基体的表面积。
根据本发明的一个优选实施方案，所述发光太阳能集中器(LSC)是厚度在0.1μm至50mm的范围内，优选在0.5μm至20mm的范围内的板。
以上提及的光致发光化合物可以以多种形式用于所述发光太阳能集中器(LSC)。
例如，在其中透明基体为聚合物类型的情况下，所述至少一种光致发光化合物可以通过例如熔融分散或成批添加而分散在所述透明基体的聚合物中，随后例如根据浇铸技术进行操作(working)来形成包括所述聚合物和所述至少一种光致发光化合物的板。可选地，所述至少一种光致发光化合物和所述透明基体的聚合物可以溶解在至少一种合适的溶剂中，获得沉积在所述聚合物的板上的溶液，例如通过使用刮刀型涂膜器进行操作来形成包括所述至少一种光致发光化合物和所述聚合物的膜：然后使所述溶剂蒸发。所述溶剂可以例如选自：烃，诸如例如1，2-二氯甲烷、1，2-二氯苯、甲苯、己烷；和酮，诸如例如丙酮、乙酰丙酮；或它们的混合物。
在其中透明基体为玻璃类型的情况下，所述至少一种光致发光化合物可以溶解在至少一种合适的溶剂(其可以选自以上提及的那些)中，获得沉积在所述玻璃类型的透明基体的板上的溶液，例如通过使用刮刀型涂膜器进行操作来形成包括所述至少一种光致发光化合物的膜：然后使所述溶剂蒸发。
可选地，可以在惰性气氛下根据用于制备双层玻璃单元的已知技术进行操作，将如上所述根据上述浇铸技术获得的包括所述至少一种有机光致发光化合物和所述聚合物的板封入(夹在)所述玻璃类型的透明基体的两个板之间。
出于本发明的目的，可以通过如上所述的成批加入和随后的浇铸而以板形式生产所述发光太阳能集中器(LSC)：进一步的细节可以在下面的实施例中找到。
根据本发明的一个优选实施方案，所述钙钛矿可以例如选自具有通式ABX3的有机金属三卤化物，其中：
-A表示有机阳离子，诸如例如甲基铵(CH3NH3 +)、甲脒鎓[CH(NH2)2 +]、正丁基铵(C4H12N+)、四丁基铵(C16H36N+)；
-B表示金属阳离子，诸如例如铅(Pb2+)、锡(Sn2+)；
-X表示卤素离子，诸如例如碘(I-)、氯(Cl-)、溴(Br-)。
根据本发明的另一个优选实施方案，所述钙钛矿可以例如选自：甲胺铅碘盐(CH3NH3PbI3)、甲胺铅溴盐(CH3NH3PbBr3)、甲胺铅氯盐(CH3NH3PbCl3)、甲胺铅碘溴盐(CH3NH3PbIxBr3-x)、甲胺铅碘氯盐(CH3NH3PbIxCl3-x)、甲脒铅碘盐[CH(NH2)2PbI3]、甲脒铅溴盐[CH(NH2)2PbBr3]、甲脒铅氯盐[CH(NH2)2PbCl3]、甲脒铅碘溴盐[CH(NH2)2PbIxBr3-x]、甲脒铅碘氯盐[CH(NH2)2PbIxCl3-x]、正丁胺铅碘盐(C4H12NPbI3)、四丁胺铅碘盐(C16H36NPbI3)、正丁胺铅溴盐(C4H12NPbBr3)、四丁胺铅溴盐(C16H36NPbBr3)、甲胺锡碘盐(CH3NH3SnI3)、甲胺锡溴盐(CH3NH3SnBr3)、甲胺锡碘溴盐(CH3NH3SnIxBr3-x)、甲脒锡碘盐[CH(NH2)2SnI3]、甲脒锡碘溴盐[CH(NH2)2SnIxBr3-x]、正丁胺锡碘盐(C4H12NSnI3)、四丁胺锡碘盐(C16H36NSnI3)、正丁胺锡溴盐(C4H12NSnBr3)、四丁胺锡溴盐(C16H36NSnBr3)、甲胺锡碘盐(CH3NH3SnI3)、或者它们的混合物。甲胺铅碘盐(CH3NH3PbI3)是优选的。
出于本发明的目的，所述基于钙钛矿的光伏电池(或太阳能电池)可以选自现有技术的基于钙钛矿的光伏电池(或太阳能电池)。
出于本发明的目的，所述基于钙钛矿的光伏电池(或太阳能电池)包括：
-玻璃基底，其涂覆有透明和导电氧化物(TCO)层，该透明和导电氧化物(TCO)通常是掺杂有氟的氧化锡(SnO2：F)(氟化的氧化锡-FTO)或掺杂有锡的氧化铟(氧化铟锡-ITO)，其构成阳极；
-电子传输层(电子传输材料-ETO)，其目的是提取由钙钛矿光产生的电子并将其转移到阳极；这也被称为“阻挡层”，因为它阻挡了电子间隙(或空穴)并且通常是致密的二氧化钛(TiO2)层；
-任选地，介孔二氧化钛(TiO2)支撑架，其目的是提供与钙钛矿的更大界面面积，提高电子的收集效率，这必定导致更短的过程，从而看到降低的复合可能性；其还可以延长光路，从而有利于辐射的吸收；
-钙钛矿层，优选甲胺铅碘盐(CH3NH3PbI3)层(其是吸收层)，如以上提及的甲胺铅碘盐(CH3NH3PbI3)是最常用的结构，因为其在整个UV和可见光谱范围内展现出高吸收系数、1.57eV的带隙(接近用于最大化转换效率的最佳值)以及相当大的用于电子和电子间隙(或空穴)的扩散的距离(大于100nm)；
-基于空穴传输材料(HTM)的层，通常为螺-MeOTAD[2，2’，7，7’-四(N，N-二-4-甲氧基苯基氨基)-9，9’-螺二芴]的层；
-称为“背部触点”的金属触点，其构成阴极，通常为金或银层。
所述基于钙钛矿的光伏电池(或太阳能电池)可以根据本领域已知的工艺进行操作来构建，所述工艺如例如由以上提及的Li G.等人在Advanced Energy Materials(先进能源材料)(2015)，1401775中描述：与所述基于钙钛矿的光伏电池(或太阳能电池)相关的进一步细节可以在下面的实施例中找到。
出于改善在所述至少一个发光太阳能集中器(LSC)和所述至少一个基于钙钛矿的光伏电池(或太阳能电池)之间的粘附力的目的，可以使用合适的光学凝胶。
根据本发明的一个优选实施方案，可以利用合适的光学凝胶来将所述至少一个基于钙钛矿的光伏电池(或太阳能电池)耦合至所述发光太阳能集中器(LSC)的外侧面中的至少一个。所述光学凝胶必须具有允许良好光学耦合的折射率，并且可以例如选自透明的硅油脂(silicone oils and fats)、环氧树脂。
根据本发明的一个优选实施方案，由所述至少一个基于钙钛矿的光伏电池(或太阳能电池)产生的电能可以使用与所述光伏装置(或太阳能装置)连接的布线系统传输。
出于本发明的目的，一个或多个基于钙钛矿的光伏电池(或太阳能电池)可以位于所述发光太阳能集中器(LSC)的至少一个侧面的外部，优选所述基于钙钛矿的光伏电池(或太阳能电池)可以部分或完全地覆盖所述发光太阳能集中器(LSC)的外周。
出于本说明书和所附权利要求书的目的，术语“外周”意图是指所述发光太阳能集中器(LSC)的外侧面。
如以上所提及的，所述光伏装置(或太阳能装置)可以有利地用于需要通过利用光能(特别是太阳辐射能)来产生电能的各种应用，诸如例如：建筑物集成光伏(BIPV)系统、光伏窗、温室、光生物反应器、隔音屏障、照明设备、设计、广告、汽车工业。此外，所述光伏装置(或太阳能装置)可以以独立模式和模块化系统使用。
因此，本发明的另一个主题是所述光伏装置(或太阳能装置)在以下各项中的用途：建筑物集成光伏(BIPV)系统、光伏窗、温室、光生物反应器、隔音屏障、照明设备、设计、广告、汽车工业。
具体实施方式
现在将借助于参考以下报告的图1和2的实施方案来更详细地说明本发明。
特别地，图1表示光伏装置(或太阳能装置)(100)的关于图2的平面(A)的剖视图，该光伏装置(或太阳能装置)(100)包括：发光太阳能集中器(LSC)(110)，其包括至少一种光致发光化合物(120)；和基于钙钛矿的光伏电池(或太阳能电池)(110a)，其包括以下层：涂覆有透明和导电氧化物(TCO)层(阳极)(150)的玻璃基底(140)；电子传输层(电子传输材料-ETO)(160)；钙钛矿层(170)；任选地，位于所述电子传输层(电子传输材料-ETO)和所述钙钛矿层(170)之间的介孔二氧化钛(TiO2)的支架(在图1中未示出)；基于空穴传输材料(空穴传输材料-HTM)的层(180)；称为“背部触点”的金属触点(阴极)(190)；任选地，位于所述玻璃基底层(140)和所述发光太阳能集中器(LSC)(110)之间的合适光学凝胶(在图1中未示出)。在所述图1中，具有第一波长的入射光子(130)进入发光太阳能集中器(LSC)(110)并被光致发光化合物(120)吸收，并且以与第一波长不同的第二波长发射。入射光子在发光太阳能集中器(LSC)内被内部反射和折射，直到它们到达光伏电池(或太阳能电池)(110a)并转化为电能为止。
图2示出了包括发光太阳能集中器(LSC)(110)和基于钙钛矿的光伏电池(或太阳能电池)(110a)的光伏装置(或太阳能装置)(100)的三维视图。
出于提高对本发明的理解并且将其付诸实践的目的，在下面我们提供其多个说明性但非限制性的实施例。
为了更加简洁，在下面的实施例中使用术语“太阳能电池”和“太阳能装置”，其应被理解为与“光伏电池”和“光伏装置”具有相同含义。
实施例1
制备板1(浇铸)(LSC1)
在4升烧瓶中在磁力搅拌下加热2500ml预先蒸馏以除去任何聚合抑制剂的甲基丙烯酸甲酯(MMA)(Sigma-Aldrich)，在2小时内将温度升至80℃。然后加入以下各项：250mg溶解在250ml预先蒸馏的甲基丙烯酸甲酯(MMA)(Sigma-Aldrich)中的2，2’-偶氮-双[2-甲基丙脒]二盐酸盐(AIBN)(引发剂)：使获得的混合物的温度下降大约3℃-4℃。加热所述混合物，在1小时内将温度升至94℃：将所有这些在所述温度下保持2分钟，然后在冰浴中冷却，获得预聚物浆料，如果不立即使用，则可以将其在冰箱中存放数周。
然后制备模具，将其与两个尺寸为100×400×6mm的玻璃板组装在一起，通过较大直径等于6mm的聚氯乙烯(PVC)密封件分隔开，用金属夹保持在一起。
然后，在4升玻璃烧瓶中添加2升如上所述获得的预聚物浆料、120mg溶解在1升预先蒸馏的甲基丙烯酸甲酯(MMA)(Sigma-Aldrich)中的过氧化月桂酰(Sigma-Aldrich)、量等于200ppm的5，6-二苯氧基-4，7-双[5-(2，6-二甲基苯基)-2-噻吩基]苯并[c]1，2，5-噻二唑(MPDTBOP)、5000ppm的
Figure BDA0002942493300000111
P(Basf)和5000ppm的
Figure BDA0002942493300000112
770(Basf)：将所获得的混合物在磁力搅拌下在真空(10mm Hg)中，在环境温度(25℃)下保持45分钟，获得脱气的溶液。将由此获得的溶液倒入如上所述制备的模具中，在封闭密封件的孔之后，将模具浸入在55℃的水浴中持续48小时。然后将模具在95℃的烘箱中放置24小时(固化步骤)，然后将其从烘箱中移出并在环境温度(25℃)下冷却。然后移除金属夹和密封件，并通过隔离板1(LSC1)(该板被切割成尺寸为75×300×6mm)将玻璃板分隔开。
实施例2
制备板2(浇铸)(LSC2)
通过如实施例1中所报告的操作来制备板2(LSC2)，除了以下事实，即代替5，6-二苯氧基-4，7-双[5-(2，6-二甲基苯基)-2-噻吩基]苯并[c]1，2，5-噻二唑(MPDTBOP)，使用量等于200ppm的5，6-二苯氧基-4，7-双[5-(2，5-二甲基苯基)-2-噻吩基]苯并[c]1，2，5-噻二唑(PPDTBOP)，获得板2(LSC2)(尺寸为75×300×6mm)。
实施例3
制备板3(浇铸)(LSC3)
通过如实施例1中所报告的操作来制备板3(LSC3)，除了以下事实，即代替5，6-二苯氧基-4，7-双[5-(2，6-二甲基苯基)-2-噻吩基]苯并[c]1，2，5-噻二唑(MPDTBOP)，使用量等于160ppm的N，N’-双(2’，6’-二-异丙基苯基)(1，6，7，12-四苯氧基)(3，4，9，10-苝二酰亚胺(
Figure BDA0002942493300000113
F Red305-Basf)，获得板3(LSC3)(尺寸为75×300×6mm)。
实施例4
制备基于钙钛矿的太阳能电池
在有一些改变的情况下，通过依照以上报告的由Li G.等人在Advanced EnergyMaterials(先进能源材料)(2015)，1401775中所述的程序来制备基于钙钛矿的太阳能电池。
为此，在预先经历清洁程序的涂覆有FTO[掺杂有氟的氧化锡(SnO2：F)-(氟化的氧化锡)的玻璃基底(Hartford Glass)上制备基于钙钛矿的太阳能电池，所述清洁程序由通过手工清洁、用浸泡在用蒸馏水稀释的清洁剂中的无绒布擦拭组成。然后，将基底用蒸馏水漂洗。然后，依次使用以下方法对基底进行深度清洁：依次在(i)蒸馏水+清洁剂(随后用无绒布通过手工干燥；(ii)蒸馏水[随后用无绒布通过手工干燥；(iii)丙酮(Aldrich)和(iv)异丙醇(Aldrich)中进行超声浴。特别地，将基底放置入容纳有溶剂的烧杯中，放置在超声浴中，保持在40℃下，持续处理10分钟。在处理(iii)和(iv)之后，将基底在压缩氮气流中干燥。
然后，在即将进行下一步骤之前，通过在臭氧装置(UV臭氧清洁系统EXPO3-Astel)中进行处理来进一步清洁玻璃/FTO。
如此处理的基底准备好用于沉积电子传输层(电子传输材料-ETO)。为此，在基底上，在氩气(Ar)(20sccm)和氧气(O2)(4sccm)的存在下，使用二氧化钛(TiO2)作为靶，借助于在直流电(DC)中的反应溅射来沉积致密的二氧化钛(TiO2)层。二氧化钛(TiO2)层的厚度等于115nm。
在所获得的二氧化钛(TiO2)层的顶部上，通过如下的操作来沉积介孔二氧化钛(TiO2)层。为此，制备了介孔二氧化钛(TiO2)糊料(Dyesol 18NRT-Aldrich)(2g)在乙醇(Aldrich)(6g)和萜品醇(2g)(Aldrich)中的溶液：借助于旋涂，以2000rpm的转速(加速度等于1000rpm/s)操作45秒来沉积所述溶液。介孔二氧化钛(TiO2)层的厚度等于600nm。在沉积结束时，将所有这些在500℃下经历退火2小时，然后在即将进行下一步之前，通过在臭氧装置(UV臭氧清洁系统EXPO3-Astel)中处理而再次进行清洁。
在如此获得的介孔二氧化钛(TiO2)层的顶部上，通过以下操作来沉积钙钛矿层，即甲胺铅碘盐(CH3NH3PbI3)：i)通过在75℃的温度下搅拌30分钟进行操作，将碘化铅(PbI2)(纯度99％-Aldrich)溶解在N，N-二甲基甲酰胺(纯度99.8％-Aldrich)中，获得碘化铅(PbI2)浓度等于462mg/ml的溶液，在6000rpm的转速(加速度等于1000rpm/s)下操作90秒，借助于旋涂来将所述溶液沉积在所述介孔二氧化钛(TiO2)层上，并将所有这些在100℃下干燥15分钟；ii)在环境温度下冷却之后，将所有这些在碘化甲铵(MAI)(CH3NH3I)(纯度98％-Aldrich)在异丙醇(Aldrich)中的溶液(MAI浓度等于10mg/ml)中经历浸涂5分钟；iii)在6000rpm的转速(加速度等于1000rpm/s)下操作，来旋涂碘化甲铵(MAI)(CH3NH3I)(纯度98％-Aldrich)在异丙醇(Aldrich)中的溶液(浓度MAI等于5mg/ml)持续30秒(下文中表示为类型A的太阳能电池)。关于下文中表示为类型B的太阳能电池，使用在溶解在异丙醇中之前从庚烷结晶后的所述碘化甲铵(MAI)(CH3NH3I)来获得在步骤ii)和步骤iii)中使用的碘化甲铵(MAI)(CH3NH3I)(纯度98％-Aldrich)的溶液(MAI浓度等于10mg/ml)。在沉积结束时，将所有这些在100℃下干燥30分钟，然后冷却至环境温度(25℃)。钙钛矿层的厚度等于300nm。
在所获得的钙钛矿层的顶部上，沉积基于空穴传输材料(HTM)的层。为此，将72.3mg的螺-MeOTAD[2，2’，7，7’-四(N，N-二-4-甲氧基苯基氨基)-9，9’-螺二芴](Aldrich)溶解在1ml氯苯(纯度99.8％-Aldrich)中，然后加入28.8μl的4-叔丁基吡啶(纯度96％-Aldrich)和17.5μl浓度等于520mg/ml的双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺锂(纯度98％-AlfaAesar)在乙腈(纯度99.8％-Aldrich)中的储备溶液：在2000rpm的转速(加速度等于500rpm/s)下操作45秒，借助于旋涂来沉积由此获得的溶液。基于空穴传输材料(HTM)的层的厚度等于150nm。
在所述基于空穴传输材料(HTM)的层的顶部上，通过真空蒸发来沉积厚度等于100nm的金(Au)的背部触点(阴极)，以获得等于1.28cm2的有效面积的方式适当地掩盖装置的区域。
在容纳有基底的标准真空蒸发室和容纳有10粒金(Au)(直径1mm-3mm)(Aldrich)的配备有加热电阻器的蒸发容器中，进行阴极的沉积。蒸发过程在真空中(在大约1×10-6巴的压力下)进行。在蒸发后，将金(Au)冷凝在装置的未被掩盖的部分中。
使用在1kV至5kV范围内的加速电压下操作，并且利用源自二次电子的信号的装有场发射电子束的Jeol 7600f扫描电子显微镜(SEM)，通过扫描电子显微镜来测量厚度。
实施例5
制备太阳能装置
在如实施例1中所述获得的板1(LSC1)的一个侧面上，放置如实施例4中所述获得的类型A的基于钙钛矿的太阳能电池(PSC-类型A)。
为此，用3D打印机生产支架，该支架能够使类型A的基于钙钛矿的太阳能电池(PSC-类型A)保持封闭并沿所述板1(LSC1)的短侧边对齐，获得太阳能装置(PSC装置-类型A)。
然后，在太阳能装置(PSC-类型A)的电学表征结束时，将基于钙钛矿的太阳能电池(PSC-类型A)用如在实施例4中所述获得的类型B的基于钙钛矿的太阳能电池(PSC-类型B)替代，获得太阳能装置(PSC装置-类型B)。
出于比较的目的，在太阳能装置(PSC-类型B)的电学表征结束时，将类型B的基于钙钛矿的太阳能电池(PSC-类型B)用尺寸为22×6mm并且表面积等于1.22cm2的来自IXYS的硅太阳能电池(Si电池)KXOB22-12X1替代，获得太阳能装置(Si电池装置)。
以上提及的太阳能装置，即(PSC装置-类型A)、(PSC装置-类型B)和(Si电池装置)的电学表征在环境温度(25℃)下进行。使用连接到个人计算机以收集数据的
Figure BDA0002942493300000141
2601A源表来获取电流-电压(I-V)曲线。使用等于100mm×100mm的照明光斑，通过将装置暴露于ABET
Figure BDA0002942493300000142
2000-4太阳模拟器的光来测量光电流，该太阳模拟器距离所述板1(LSC 1)10mm定位，能够提供AM 1.5G的辐射：在表1中，以平均值给出特性参数。
表1还示出了以上提及的太阳能装置的所预期的电功率密度(ρ预期)，其根据以下公式计算：
(ρ预期)＝(ρSi)×ECPSC
其中：
-(ρSi)是包括硅太阳能电池(Si电池)和发光太阳能集中器(LSC)的太阳能装置(Si电池装置)的电功率密度(mWcm-2)；
-ECPSC是包括基于钙钛矿的太阳能电池和发光太阳能集中器(LSC)的太阳能装置(即PSC装置-类型A和PSC装置-类型B)的光电转换效率。
出于本说明书和所附权利要求书的目的，所述光电转换效率(ECPSC)被定义为在装置的半导体材料内的外部电路中产生的电子数量和通过发光太阳能集中器(LSC)入射到基于钙钛矿的太阳能电池上的光子数量之间的比率，并且根据以下公式计算：
(ECPSC)＝Jsc(PSC)×6,24×1015/DFF
其中：
-Jsc(PSC)是包括基于钙钛矿的太阳能电池和发光太阳能集中器(LSC)的太阳能装置(即PSC装置-类型A和PSC装置-类型B)的以(mA/cm2)测量的[短路光电流密度]；
-DFF是如上所述计算的光子流密度。
出于以上提及的计算的目的，使用来自IXYS的硅太阳能电池(Si电池)KXOB22-12X1的外量子效率[EQE(％)]，如可以在其中在纵坐标上示出了外量子效率[EQE(％)]并且在横坐标上示出了波长[λ(nm)]的图3中看出的，在多种发光太阳能集中器(LSC)中(即在板1(LSC1)中，或在板2(LSC2)中，或在板3(LSC3)中)存在的光致发光化合物的发射波长范围(550nnm-600nm)内，该外量子效率[EQE(％)]具有等于95％的恒定值(由IXYS提供的数据)：这使得包括硅太阳能电池(Si电池)和发光太阳能集中器(LSC)的太阳能装置(Si电池装置)可以用于光子计数，即用于光子流密度，其表示通过以上所提及的发光太阳能集中器(LSC)每秒每平方厘米传输多少光子。
因此，光子流密度(DFF)根据以下公式计算：
(DFF)＝Jsc×6,24×1015/EQESi
其中：
-Jsc是包括硅太阳能电池(Si电池)和发光太阳能集中器(LSC)的太阳能装置(Si电池装置)以(mA/cm2)测量的[短路光电流密度]；
-EQESi是来自IXYS的硅太阳能电池(Si电池)KXOB22-12X1的外量子效率(％)，如上所述，该值等于95％(参见图3)。
实施例6
制备太阳能装置
在如实施例2中所述获得的板2(LSC2)的一个侧面上，放置如在实施例4中所述获得的类型A的基于钙钛矿的太阳能电池(PSC-类型A)。
为此，用3D打印机生产支架，该支架能够使类型A的基于钙钛矿的太阳能电池(PSC-类型A)保持封闭并沿所述板2(LSC2)的短侧边对齐，获得太阳能装置(PSC装置-类型A)。
然后，在太阳能装置(PSC-类型A)的电学表征结束时，将基于钙钛矿的太阳能电池(PSC-类型A)用如实施例4中所述获得的类型B的基于钙钛矿的太阳能电池(PSC-类型B)替代，获得太阳能装置(PSC装置-类型B)。
出于比较的目的，在太阳能装置(PSC-类型B)的电学表征结束时，将类型B的基于钙钛矿的太阳能电池(PSC-类型B)用以上提及的硅电池(Si电池)替代，获得太阳能装置(Si电池装置)。
如上所述进行所获得的太阳能装置的电学表征：在表1中，以平均值给出了特性参数。
实施例7
制备太阳能装置
在如实施例3中所述获得的板3(LSC3)的一个侧面上，放置如在实施例4中所述获得的类型A的基于钙钛矿的太阳能电池(PSC-类型A)。
为此，用3D打印机生产支架，该支架能够使类型A的基于钙钛矿的太阳能电池(PSC-类型A)保持封闭并沿所述板3(LSC3)的短侧边对齐，获得太阳能装置(PSC装置-类型A)。
然后，在太阳能装置(PSC-类型A)的电学表征结束时，将类型A的基于钙钛矿的太阳能电池(PSC-类型A)用如实施例4中所述获得的类型B的基于钙钛矿的太阳能电池(PSC-类型B)替代，获得太阳能装置(PSC装置-类型B)。
出于比较的目的，在太阳能装置(PSC-类型B)的电学表征结束时，将类型B的基于钙钛矿的太阳能电池(PSC-类型B)用以上提及的硅电池(Si电池)替代，获得太阳能装置(Si电池装置)。
所获得的太阳能装置的电学表征如上所述进行：在表1中，以平均值给出了特性参数。
实施例8
制备太阳能装置
使用光学凝胶Norland Index Matching Liquid 150(产品编号9006-Norland)，在如实施例3中所述获得的板3(LSC3)的一个侧面上，放置如实施例4中所述获得的类型A的基于钙钛矿的太阳能电池(PSC-类型A)。
为此，用3D打印机生产支架，该支架能够使类型A的基于钙钛矿的太阳能电池(PSC-类型A)保持封闭并沿所述板3(LSC3)的短侧边对齐，获得太阳能装置(PSC装置-类型A)。
出于比较的目的，在太阳能装置(PSC-类型A)的电学表征结束时，将类型A的基于钙钛矿的太阳能电池(PSC-类型A)用以上提及的硅电池(Si电池)替代，获得太阳能装置(Si电池装置)。
如所述进行所获得的太阳能装置的电学表征：在表1中，以平均值给出了特性参数。
Figure BDA0002942493300000171
从表1中给出的数据可以看出，本发明的目的的光伏装置(或太阳能装置)展现出大于1的在如上所述定义的所产生的电功率密度(ρ)和所预期的电功率密度之间的比率，并且因此相对于所预期的更高的产生的电功率密度(ρ)。

Claims (14)

1.一种光伏装置(或太阳能装置)，包括：
-至少一个发光太阳能集中器(LSC)，其具有上表面、下表面和一个或多个外侧面；
-至少一个基于钙钛矿的光伏电池(或太阳能电池)光伏电池(或太阳能电池)，其位于所述发光太阳能集中器(LSC)的至少一个外侧面的外部，所述钙钛矿选自有机金属三卤化物。
2.根据权利要求1所述的光伏装置(或太阳能装置)，其中所述发光太阳能集中器(LSC)具有被配置为接收光子的上表面、被配置为接收光子的下表面以及从所述上表面延伸至所述下表面的四个外侧面，所述上表面相对于所述下表面被定位为更靠近光子源。
3.根据权利要求1或2所述的光伏装置(或太阳能装置)，其中所述发光太阳能集中器(LSC)是包括透明材料基体和至少一种光致发光化合物的板。
4.根据权利要求3所述的光伏装置(或太阳能装置)，其中所述透明材料选自：透明聚合物，诸如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、聚甲基丙烯酸异丁酯、聚甲基丙烯酸乙酯、聚碳酸烯丙基二乙二醇酯、聚甲基丙烯酰亚胺、聚碳酸酯醚、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯醇缩丁醛、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、乙烯-四氟乙烯共聚物、聚酰亚胺、聚氨酯、苯乙烯-丙烯腈共聚物、苯乙烯-丁二烯共聚物、聚苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯苯乙烯共聚物、聚醚砜、聚砜、三乙酸纤维素、由玻璃化转变温度(Tg)高于0℃的脆性基体(I)和尺寸小于100nm且由具有柔性且玻璃化转变温度(Tg)低于0℃的大分子序列(II)组成的弹性体区域组成的透明和耐冲击的交联丙烯酸组合物(为了更简洁，以下表示为PPMA-IR)，或者它们的混合物；透明玻璃，诸如二氧化硅、石英、氧化铝、二氧化钛、或者它们的混合物；优选地所述透明材料选自聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、PMMA-IR或者它们的混合物；优选地，所述透明材料的折射率在1.30至1.70的范围内。
5.根据权利要求3或4所述的光伏装置(或太阳能装置)，其中所述光致发光化合物选自苝类化合物，诸如以来自BASF的商品名
Figure FDA0002942493290000011
已知的化合物；并苯类化合物；苯并噻二唑类化合物；包含苯并杂二唑基团和至少一个苯并二噻吩基团的化合物；二取代的萘并噻二唑类化合物；被苯并二噻吩基团二取代的苯并杂二唑类化合物；二取代的苯并杂二唑类化合物；二取代的二芳氧基苯并杂二唑类化合物；或者它们的混合物；优选地选自N,N’-双(2’,6’-二-异丙基苯基)(1,6,7,12-四苯氧基)(3,4,9,10-苝二酰亚胺(
Figure FDA0002942493290000012
F Red305-Basf)、9,10-二苯基蒽(DPA)、4,7-二(噻吩-2’-基)-2,1,3-苯并噻二唑(DTB)、5,6-二苯氧基-4,7-双(2-噻吩基)-2,1,3-苯并噻二唑(DTBOP)、5,6-二苯氧基-4,7-双[5-(2,6-二甲基苯基)-2-噻吩基]苯并[c]1,2,5-噻二唑(MPDTBOP)、5,6-二苯氧基-4,7-双[5-(2,5-二甲基苯基)-2-噻吩基]苯并[c]1,2,5-噻二唑(PPDTBOP)、4,7-双[5-(2,6-二甲基苯基)-2-噻吩基]苯并[c]1,2,5-噻二唑(MPDTB)、4,7-双[5-(2,6-二-异丙基苯基)-2-噻吩基]苯并[c]1,2,5-噻二唑(IPPDTB)、4,7-双[4,5-(2,6-二甲基苯基)-2-噻吩基]苯并[c]1,2,5-噻二唑(2MPDTB)4,7-双(7’,8’-二丁基苯并[1’,2’-b’:4’,3’-b′’]二噻吩-5’-基)-苯并[c][1,2,5]噻二唑(F500)、4,9-双(7’,8’-二丁基苯并[1’,2’-b’:4’,3’-b′’]二噻吩-5’-基)-萘并[2,3-c][1,2,5]噻二唑(F521)、4,7-双(5-(噻吩-2-基)噻吩-2-基)苯并[c][1,2,5]噻二唑(QTB)、4,9-双(噻吩-2’-基)-萘并[2,3-c][1,2,5]噻二唑(DTN)或者它们的混合物；更优选地选自9,10-5,6-二苯氧基-4,7-双[5-(2,6-二甲基苯基)-2-噻吩基]苯并[c]1,2,5-噻二唑(MPDTBOP)、5,6-二苯氧基-4,7-双[5-(2,5-二甲基苯基)-2-噻吩基]苯并[c]1,2,5-噻二唑(PPDTBOP)、N,N’-双(2’,6’-二-异丙基苯基)(1,6,7,12-四苯氧基)(3,4,9,10-苝二酰亚胺(
Figure FDA0002942493290000021
F Red 305-Basf)或者它们的混合物。
6.根据权利要求3至5中任一项所述的光伏装置(或太阳能装置)，其中所述光致发光化合物在所述透明基体中存在的量在0.1克/单位表面积至3克/单位表面积的范围内，优选在0.2克/单位表面积至2.5克/单位表面积的范围内，所述单位表面积是指以m2表示的透明材料基体的表面积。
7.根据权利要求3所述的光伏装置(或太阳能装置)，其中所述光致发光化合物选自可以由选自属于元素周期表第12-16、13-15、14-16族的元素的不同元素组成的量子点(QD)；优选地选自：硫化铅(PbS)、硫化锌(ZnS)、硫化镉(CdS、硒化镉(CdSe)、碲化镉(CdTe)、银(Ag)、金(Au)、铝(Al)或者它们的混合物。
8.根据权利要求7所述的光伏装置(或太阳能装置)，其中选自量子点(QD)的所述光致发光化合物在所述透明基体中存在的量在0.05克/单位表面积至100克/单位表面积的范围内，优选在0.15克/单位表面积至20克/单位表面积的范围内，所述单位表面积是指以m2表示的透明材料基体的表面积。
9.根据前述权利要求中任一项所述的光伏装置(或太阳能装置)，其中所述发光太阳能集中器(LSC)是厚度在0.1μm至50mm的范围内，优选在0.5μm至20mm的范围内的板。
10.根据前述权利要求中任一项所述的光伏装置(或太阳能装置)，其中所述钙钛矿选自具有通式ABX3的有机金属三卤化物，其中：
-A表示有机阳离子，诸如甲基铵(CH3NH3 +)、甲脒鎓[CH(NH2)2 +]、正丁基铵(C4H12N+)、四丁基铵(C16H36N+)；
-B表示金属阳离子，诸如铅(Pb2+)、锡(Sn2+)；
-X表示卤素离子，诸如碘(I-)、氯(Cl-)、溴(Br-)。
11.根据前述权利要求中任一项所述的光伏装置(或太阳能装置)，其中所述钙钛矿选自：甲胺铅碘盐(CH3NH3PbI3)、甲胺铅溴盐(CH3NH3PbBr3)、甲胺铅氯盐(CH3NH3PbCl3)、甲胺铅碘溴盐(CH3NH3PbIxBr3-x)、甲胺铅碘氯盐(CH3NH3PbIxCl3-x)、甲脒铅碘盐[CH(NH2)2PbI3]、甲脒铅溴盐[CH(NH2)2PbBr3]、甲脒铅氯盐[CH(NH2)2PbCl3]、甲脒铅碘溴盐[CH(NH2)2PbIxBr3-x]、甲脒铅碘氯盐[CH(NH2)2PbIxCl3-x]、正丁胺铅碘盐(C4H12NPbI3)、四丁胺铅碘盐(C16H36NPbI3)、正丁胺铅溴盐(C4H12NPbBr3)、四丁胺铅溴盐(C16H36NPbBr3)、甲胺锡碘盐(CH3NH3SnI3)、甲胺锡溴盐(CH3NH3SnBr3)、甲胺锡碘溴盐(CH3NH3SnIxBr3-x)、甲脒锡碘盐[CH(NH2)2SnI3]、甲脒锡碘溴盐[CH(NH2)2SnIxBr3-x]、正丁胺锡碘盐(C4H12NSnI3)、四丁胺锡碘盐(C16H36NSnI3)、正丁胺锡溴盐(C4H12NSnBr3)、四丁胺锡溴盐(C16H36NSnBr3)、甲胺锡碘盐(CH3NH3SnI3)或者它们的混合物；优选地所述钙钛矿是甲胺铅碘盐(CH3NH3PbI3)。
12.根据前述权利要求中任一项所述的光伏装置(或太阳能装置)，其中所述至少一个基于钙钛矿的光伏电池(或太阳能电池)利用合适的光学凝胶耦合至所述发光太阳能集中器(LSC)的至少一个外侧面，所述光学凝胶优选地选自透明硅油脂、环氧树脂。
13.根据前述权利要求中任一项所述的光伏装置(或太阳能装置)，其中通过所述至少一个基于钙钛矿的光伏电池(或太阳能电池)产生的电能使用与所述光伏装置(或太阳能装置)连接的布线系统传输。
14.根据前述权利要求中任一项所述的光伏装置(或太阳能装置)在以下各项中的用途：建筑物集成光伏(BIPV)系统；光伏窗；温室；光生物反应器；隔音屏障；照明设备；设计；广告；汽车工业。
CN201980053730.9A 2018-08-17 2019-08-14 包括发光太阳能集中器和基于钙钛矿的光伏电池的光伏装置 Pending CN112567545A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
IT102018000008110 2018-08-17
IT102018000008110A IT201800008110A1 (it) 2018-08-17 2018-08-17 Dispositivi fotovoltaici comprendenti concentratori solari luminescenti e celle fotovoltaiche a base di perovskite
PCT/IB2019/056892 WO2020035799A1 (en) 2018-08-17 2019-08-14 Photovoltaic devices comprising luminescent solar concentrators and perovskite-based photovoltaic cells

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN112567545A true CN112567545A (zh) 2021-03-26

Family

ID=64316699

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201980053730.9A Pending CN112567545A (zh) 2018-08-17 2019-08-14 包括发光太阳能集中器和基于钙钛矿的光伏电池的光伏装置

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20220122781A1 (zh)
EP (1) EP3837725A1 (zh)
CN (1) CN112567545A (zh)
CA (1) CA3109556A1 (zh)
IT (1) IT201800008110A1 (zh)
WO (1) WO2020035799A1 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113113542A (zh) * 2021-04-12 2021-07-13 东南大学 一种可贴合型高透明发光太阳能集中器及其制备方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101263608A (zh) * 2005-09-12 2008-09-10 巴斯夫欧洲公司 基于荧光三萘嵌二苯染料的荧光太阳能转化电池
CN104662625A (zh) * 2012-05-18 2015-05-27 埃西斯创新有限公司 包括具有混合阴离子的有机金属钙钛矿的光电器件
CN106449844A (zh) * 2016-10-20 2017-02-22 北京交通大学 太阳能光伏发电系统和制备方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2109900A1 (en) * 2007-01-08 2009-10-21 Plextronics, Inc. Quantum dot photovoltaic device
US20110114174A1 (en) * 2007-08-17 2011-05-19 Basf Se Solar cell structure
DE102009000813A1 (de) * 2009-02-12 2010-08-19 Evonik Degussa Gmbh Fluoreszenzkonversionssolarzelle I Herstellung im Plattengußverfahren

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101263608A (zh) * 2005-09-12 2008-09-10 巴斯夫欧洲公司 基于荧光三萘嵌二苯染料的荧光太阳能转化电池
CN104662625A (zh) * 2012-05-18 2015-05-27 埃西斯创新有限公司 包括具有混合阴离子的有机金属钙钛矿的光电器件
CN106449844A (zh) * 2016-10-20 2017-02-22 北京交通大学 太阳能光伏发电系统和制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
BARRY MCKENNA等: "Towards Efficient Spectral Converters through Materials Design for Luminescent Solar Devices", 《ADVANCED MATERIALS》, pages 1 - 5 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113113542A (zh) * 2021-04-12 2021-07-13 东南大学 一种可贴合型高透明发光太阳能集中器及其制备方法
CN113113542B (zh) * 2021-04-12 2023-09-15 东南大学 一种可贴合型高透明发光太阳能集中器及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
US20220122781A1 (en) 2022-04-21
WO2020035799A1 (en) 2020-02-20
CA3109556A1 (en) 2020-02-20
IT201800008110A1 (it) 2020-02-17
EP3837725A1 (en) 2021-06-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
AU2004303637B2 (en) Nano-array electrode manufacturing method and photoelectric converter using same
SA517390525B1 (ar) جهاز فلطائي ضوئي متعدد الوصلات
Ma et al. Unveil the full potential of integrated-back-contact perovskite solar cells using numerical simulation
Pendyala et al. Fabrication of perovskite solar cells with digital control of transparency by inkjet printing
WO2016060156A1 (ja) 太陽電池
Li et al. Covalently connecting crystal grains with polyvinylammonium carbochain backbone to suppress grain boundaries for long-term stable perovskite solar cells
US20230363185A1 (en) Para-phenylenes as buffer and color tuning layers for solar cells
JP2022544677A (ja) 色中立透過太陽光発電のための方法及びシステム
WO2018203245A1 (en) Photovoltaic panels comprising luminescent solar concentrators
KR101794988B1 (ko) 페로브스카이트 광흡수층 제조방법 및 이를 적용한 태양전지 제조방법
CN112567545A (zh) 包括发光太阳能集中器和基于钙钛矿的光伏电池的光伏装置
KR20170000422A (ko) 1,8 디아이오도옥탄이 도핑된 페로브스카이트 태양전지 제조방법
EP2442326A2 (en) Method for enhancing the conversion efficiency of CdSe-quantum dot sensitized solar cells
JP6196685B2 (ja) 太陽電池
WO2011052781A1 (ja) 光電変換素子および光電変換装置
KR101026763B1 (ko) 유-무기 하이브리드 태양전지
JP2018163959A (ja) 太陽電池モジュールおよび光電変換素子の製造方法
JP2000100486A (ja) 電解質および光電気化学電池
JP2000251532A (ja) 電解質、光電変換素子および光電気化学電池
JP2019175918A (ja) 光電変換素子及び太陽電池モジュール
RU2788942C2 (ru) Фотовольтаическое устройство с перовскитным фотоактивным слоем и неорганическим пассивирующим покрытием на основе галогенидов металлов и способ изготовления этого устройства
RU2686860C1 (ru) Зарядно-транспортный слой для солнечных батарей
Grätzel Nanocrystalline injection solar cells
CN117750793A (zh) 一种钙钛矿串联模组及其制备方法和用电设备
KR20230084031A (ko) 극성관능기 도입을 통한 유기 광다이오드 암전류의 조절

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20210326