CN201708174U - 太阳能电池的上转换发光结构 - Google Patents

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Abstract

本实用新型提供了一种太阳能电池的上转换发光结构，包括电池片和上转换发光层，其特征在于：所述上转换发光层为稀土离子掺杂的薄膜层。所述电池片为单晶硅或多晶硅材料制作的双面电池片。所述薄膜层基质材料为低声子能量的氟化物晶体，掺杂于薄膜层内之稀土离子为Er、Yb、Dy或Ho离子。本实用新型还包括一镜面反射层，所述上转换发光层夹设于所述电池片和所述镜面反射层之间。本实用新型克服了现有晶体硅电池中波长大于1200nm的近红外光不被电池吸收利用之缺陷，利用光谱上转换发光结构，可吸收低能量光子的近红外光发射出高能量的可见光，以充分提高电池对太阳光中近红外光的利用率，提升电池转换效率和发电量。

Description

太阳能电池的上转换发光结构
技术领域
本实用新型涉及太阳能电池应用领域，尤其涉及一种太阳能电池的上转换发光结构。
背景技术
太阳能作为可再生能源的代表，取之不尽、用之不竭，是最有效的清洁能源。地球表面每平方米平均每年受到的辐射可发电1700kW.h，即接受的太阳能辐射能够满足全球能源需求的1万倍，或者地表每1小时受到的太阳能辐射可满足全球1年的能源需求。国际能源署数据显示，在全球4％的沙漠上安装太阳能光伏系统，就足以满足全球能源需求。
然而，目前光伏发电的成本依然较高，其中一个重要的原因是由于太阳能电池的转换效率不高，如单晶硅和多晶硅在15％-20％。所以，各国科学家都在致力于提高各类电池的转换效率。目前太阳能电池主要以晶体硅电池为主，以禁带宽度Eg＝1.1ev的单结单晶硅电池为例，只有波长小于1200nm(对应光子能量大于1.1ev)的太阳光才能被单晶硅半导体材料所吸收并实现光电转换，波长大于1200nm的红外光则不会被吸收利用而是透过电池片以热的形式释放。
而太阳光谱中98％的能量都集中在280-2500nm范围内，其中大体上紫外光(280-380nm)约占9％、可见光(380-780nm)约占45％、近红外光(780-2500nm)约占44％。因此，要提高太阳能电池的光电转换效率，除了一直以来科学家不断提高纯硅半导体材料及元器件的性能这条途径之外，另一条重要途径就是提高电池对太阳光谱的更有效调节与利用，而后一条途径将是未来提高电池转换效率的主要研究方向，光电转换效率的进一步提高将主要依靠对输入的太阳光谱进行调制。目前，对太阳光谱的调制主要有两条技术路线：一是吸收一个高能光子发射两个低能光子的下转换发光；二是吸收低能红外光子发射高能可见光子的上转换发光。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有晶体硅电池中波长大于1200nm的近红外光不被电池吸收利用之缺陷，提供一种利用光谱上转换发光结构，可吸收低能量光子的近红外光发射出高能量的可见光，以充分提高电池对太阳光中近红外光的利用率，提升电池转换效率和发电量。
本实用新型是这样实现的，一种太阳能电池的上转换发光结构，包括电池片、上转换发光膜层；所述上转换发光层为掺杂有稀土离子的薄膜层。
优选地，所述电池片为单晶硅或多晶硅材料制作的双面p-n结电池片。
优选地，所述薄膜层基质材料为低声子能量的氟化物晶体，掺杂于薄膜层内之稀土离子为Er、Yb、Dy、Ho离子。
进一步地，本实用新型还包括一可将上转换发光层发射出的可见光反射到电池下表面的镜面反射层，所述上转换发光层夹设于所述电池片和所述镜面反射层之间。
优选地，所述镜面反射层为采用热蒸发或溅射方式覆盖于上转换发光层上的银膜或铝膜。
本实用新型的有益效果在于：在晶体硅电池片的下表面设置具有稀土离子掺杂的上转换发光薄膜层，可吸收原本不发电而透过电池片上表面的部分近红外光，并将其跃迁发射出可见光，通过镜面反射层反射到电池片的下表面。这样不仅不影响电池片上表面的发电，而且还提高电池片下表面对太阳光的利用率，增加发电能力；此外，还可减少透过电池片的近红外光产生的热效应，减少电池输出功率的衰减。
附图说明
图1为本实用新型实施例结构示意图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型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实用新型，并不用于限定本实用新型。
下面结合附图及具体的实施例进一步描述本实用新型。
实施例1：
参见图1，本实用新型包括电池片1和设于电池片1下表面之上转换发光层2，可利用现有技术首先制作电池片1，所述电池片1可采用单晶硅或多晶硅材料制作的双面电池片，具体是在传统晶体硅电池片上下表面各制备一个p-n结，然后利用喷涂或热蒸发的方式在所述双面电池片1的下表面镀上一层上转换发光层2，该上转换发光层2是以基质材料为低声子能量的氟化物晶体所形成的薄膜层，其中的氟化物为MgF2、CaF2、YF3、LaF3、NaYF4等，并在薄膜层内掺杂稀土离子为Er、Yb、Dy或Ho离子，所述稀土离子在基质材料中所占的摩尔比为0.1-10％。本实施例上转换发光层2主要成分是Er和Yb共掺的NaYF4微晶体。另外，本实用新型还包括一镜面反射层3，所述上转换发光层2夹设于所述电池片1和所述镜面反射层3之间，制造时可在所述上转换发光层2上通过热蒸发或溅射等方式镀上一银膜作为反射层，最后利用EVA等封接材料将电池片1、上转换发光层2、镜面反射层3与超白玻璃盖板和TPT背板层压结合，并装上铝合金等框架形成晶体硅电池组件。
这样，上转换发光层2中掺杂的稀土离子吸收部分近红外光并将其上转换发射出可见光，然后通过上转换发光层2下方的镜面反射层3将发射出的可见光反射到电池片1下表面，以提高电池对近红外光的利用率，从而提升电池的转换效率。
实施例2：
参见图1，本实用新型包括电池片1和设于电池片1下表面之上转换发光层2，可利用现有技术首先制作电池片1，所述电池片1可采用单晶硅或多晶硅材料制作的双面电池片，具体是在传统晶体硅电池片上下表面各制备一个p-n结构成，然后利用喷涂或热蒸发的方式在所述双面电池片1的下表面镀上一层上转换发光层2，该上转换发光层2是以基质材料为低声子能量的氟化物晶体所形成的薄膜层，其中的氟化物为MgF2、CaF2、YF3、LaF3、NaYF4等，并在薄膜层内掺杂稀土离子为Er、Yb、Dy、Ho离子，所述稀土离子在基质材料中所占的摩尔比为0.1-10％。本实施例上转换发光层2主要成分是Er和Dy共掺的CaF2微晶体。另外，本实用新型还包括一镜面反射层3，所述上转换发光层2夹设于所述电池片1和所述镜面反射层3之间，制造时可在所述上转换发光层2上通过热蒸发或溅射等方式镀上一铝膜层作为反射层，最后利用EVA等封接材料将电池片1、上转换发光层2、镜面反射层3与超白玻璃盖板和TPT背板层压结合，并装上铝合金等框架形成晶体硅电池组件。
同样地，上转换发光层2中的稀土离子可吸收部分近红外光并将其上转换发射出可见光，然后通过上转换发光层2下方的镜面反射层3将发射出的可见光反射到电池片1下表面，以提高电池对近红外光的利用率，可提升电池的转换效率，从而实现了本实用新型目的。
以上所述仅为本实用新型实施例而已，其结构并不限于上述列举的形状，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种太阳能电池的上转换发光结构，包括电池片、上转换发光膜层，其特征在于：所述上转换发光层为掺杂有稀土离子的薄膜层。
2.如权利要求1所述的一种太阳能电池的上转换发光结构，其特征在于：所述电池片为在单晶硅或多晶硅材料的上下表面各制备一个p-n结的双面电池片。
3.如权利要求1所述的一种太阳能电池的上转换发光结构，其特征在于：所述上转换发光薄膜层基质材料为低声子能量的氟化物晶体，掺杂于薄膜层内之稀土离子为Er、Yb、Dy或Ho离子。
4.如权利要求1-3任一项所述的一种太阳能电池的上转换发光结构，其特征在于：还包括一可将上转换发光层发射出的可见光反射到电池下表面的镜面反射层，所述上转换发光层夹设于所述电池片和所述镜面反射层之间。
5.如权利要求4所述的一种太阳能电池的上转换发光结构，其特征在于：所述镜面反射层为采用热蒸发或溅射方式覆盖于上转换发光层上的银膜或铝膜。
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