CN202651175U - 一种高光电转换效率的太阳能电池 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种高光电转换效率的太阳能电池，包括从下至上依次堆叠的透明绝缘基板、前电极层、光电转换层、背电极层和反射层，所述的透明绝缘基板表面和/或背电极层与反射层之间设置有光致发光材料层，反射层为金属反射层。本实用新型通过在透明绝缘基板上表面和/或下表面设置下转换发光材料层，背电极层与反射层之间设置上转换发光材料层，将太阳光中不能被太阳能电池吸收的长波长红外光和短波长紫外光转换为可利用的可见光，既提高了太阳能电池的转换效率，同时也避免了因电池温度升高而导致太阳能电池转换效率下降和电池性能衰退。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种太阳能电池，尤其涉及一种高光电转换效率的太阳能电池。
背景技术
随着能源危机及环境污染问题的日益突出，能源问题亟待解决，太阳能作为一种用之不尽、取之不竭的清洁能源逐渐引起了各国研究者的重视，太阳能电池作为能源转换装置也被各国广泛研究使用。早期的太阳能电池中，晶体硅太阳能电池作为第一代太阳能电池以转换效率高、制作工艺简单占据了较大的市场份额，但原材料匮乏等因素制约着晶体硅太阳能电池的进一步发展。第二代薄膜太阳能电池正是在这种背景下发展起来，包括非晶硅、微晶硅、铜铟镓硒、碲化镉及叠层薄膜结构，而目前使用最广泛的是硅基薄膜电池。太阳光是一种从短波长紫外光到长波长红外光的连续光谱，但只有太阳光中可见光部分可以被硅基薄膜太阳能电池充分利用，对于能量远大于硅的禁带宽度的短波长紫外光来说，一部分能量被太阳能电池利用并转化为电能，而其余的能量则转化为晶格热振动，在紫外光的照射下，硅基薄膜太阳能电池容易出现转换效率下降和电池性能衰退；对于能量低于硅的禁带宽度的长波长红外光来说，其能量不能使电子从禁带跃迁至导带，这些能量转化为热量，使电池温度升高，也会导致硅基薄膜太阳能电池转换效率下降。
目前，光致发光材料广泛使用在激光技术、光纤通讯技术、纤维放大器、光信息存储和显示等领域。光致发光材料包括上转换发光材料和下转换发光材料，其中上转换发光材料是一种能将红外光转换成可见光的材料，能够在红外光激发下发出可见光。上转换发光材料吸收的光子能量低于发射的光子能量，又称反Stokes发光材料。截至目前，上转换发光材料主要是掺杂稀土离子的固体化合物，利用稀土元素的亚稳态能级特性，吸收多个低能量的长波辐射，经转换后发出能量较高的短波辐射。而下转换发光材料是一种能够将紫外光转换成可见光的材料，能够在紫外光激发下能够发出可见光。下转换发光材料吸收高能量的短波辐射，发射低能量的长波辐射，下转换发光材料遵循Stokes定律。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种高光电转换效率的太阳能电池，能够将太阳光中不能被太阳能电池吸收的长波长红外光和短波长紫外光转换为可利用的可见光，既可以提高太阳能电池的转换效率，同时也能避免因电池温度升高而导致太阳能电池转换效率下降和电池性能衰退。
本实用新型采用下述技术方案：
一种高光电转换效率的太阳能电池，包括从下至上依次堆叠的透明绝缘基板、前电极层、光电转换层、背电极层和反射层，所述的透明绝缘基板表面和/或背电极层与反射层之间设置有光致发光材料层，反射层为金属反射层。
所述的光致发光材料层为稀土发光材料层，光致发光材料的基质材料为氧化物、氟化物、卤化物或硫化物。
所述的透明绝缘基板表面设置的光致发光材料层为下转换发光材料层，背电极层与反射层之间设置的光致发光材料层为上转换发光材料层。
所述设置在透明绝缘基板表面的下转换发光材料层位于透明绝缘基板的上表面和/或下表面。
所述的金属反射层为采用银、铝、镍、钛或其合金构成的反射层，前电极层和背电极层为透明导电氧化物。
本实用新型通过在透明绝缘基板上表面和/或下表面设置下转换发光材料层，背电极层与反射层之间设置上转换发光材料层，将太阳光中不能被太阳能电池吸收的长波长红外光和短波长紫外光转换为可利用的可见光，既提高了太阳能电池的转换效率，同时也避免了因电池温度升高而导致太阳能电池转换效率下降和电池性能衰退。
附图说明
图1为实施例1制成的高光电转换效率的太阳能电池的结构示意图；
图2为实施例2制成的高光电转换效率的太阳能电池的结构示意图；
图3为实施例3制成的高光电转换效率的太阳能电池的结构示意图。
具体实施方式
本实用新型所述的高光电转换效率的太阳能电池包括从下至上依次堆叠的透明绝缘基板、前电极层、光电转换层4、背电极层和反射层。透明绝缘基板表面和/或背电极层与反射层之间设置有光致发光材料层。透明绝缘基板上表面和/或下表面设置的光致发光材料层为下转换发光材料层2，背电极层与反射层之间设置的光致发光材料层为上转换发光材料层6。所述的透明绝缘基板可采用超白浮法玻璃1，前电极层和背电极层均为透明导电氧化物；所述的下转换发光材料层2和上转换发光材料层6为稀土发光材料层，下转换发光材料层2和上转换发光材料层6的基质材料为氧化物、氟化物、卤化物或硫化物；所述的光电转换层4是由p型硅、本征硅和n型硅堆迭形成的PIN结构；所述的反射层为采用银、铝、镍、钛或其合金构成的金属反射层。
本实用新型所述的高光电转换效率的太阳能电池在使用过程中，光电转换层4充分利用太阳光中的可见光能量并将其转化为电能。太阳光中能量远大于硅的禁带宽度的长波长紫外光，被下转换发光材料层2吸收并转换为可见光，发射出的可见光被光电转换层4进行吸收利用并将能量转化为电能。太阳光中能量低于硅的禁带宽度的长波长红外光，透过光电转换层后被上转换发光材料层6吸收并转换为可见光，发射出的可见光通过反射层再次反射到光电转换层4中，光电转换层4对其进行吸收利用并将能量转化为电能。因此，本实用新型所述的高光电转换效率的太阳能电池能够将太阳光中不能被吸收的长波长红外光和短波长紫外光转换为可利用的可见光，既可以提高太阳能电池的转换效率，同时也能避免因电池温度升高而导致太阳能电池转换效率下降和电池性能衰退。
实施例1，如图1所示：
1、通过喷涂法、滚涂法、蒸镀法、溅射法或化学气相沉积法在干净的超白浮法玻璃1上表面沉积下转换发光材料层2，下转换发光材料为稀土发光材料，下转换发光材料的基质材料为氧化物、氟化物、卤化物或硫化物。
2、利用化学气相沉积法在下转换发光材料层2上沉积掺氟二氧化锡（FTO）3，构成前电极层。
3、清洗后用P1激光刻蚀构筑第一道刻槽，去除掺氟二氧化锡（FTO）3，清洗并预热后放入PECVD设备中通入硅烷、甲烷、磷烷、硼烷、氢气混合气体沉积光电转换层4，光电转换层4是由p型硅、本征硅和n型硅堆迭形成的PIN结构。
4、降温后进行P2激光刻蚀过程，去除部分光电转换层4硅膜，形成平行P1刻槽的第二道刻线。
5、利用溅射技术在电池表面沉积背电极层，背电极层为掺铝氧化锌（AZO）5，对镀完背电极层的电池进行平行于P1、P2刻槽的P3激光刻蚀，去除硅膜及背电极层，从而形成电池的内部串联结构。
6、在背电极层表面通过喷涂法、滚涂法、蒸镀法、溅射法或化学气相沉积法沉积上转换发光材料层6，上转换发光材料为稀土发光材料，上转换发光材料的基质材料为氧化物、氟化物、卤化物或硫化物。
7、在上转换发光材料层6表面沉积金属反射层铝（AL）7，用于反射上转换发光材料层6发出的可见光。
实施例2，如图2所示：
1、通过喷涂法、滚涂法、蒸镀法、溅射法或化学气相沉积法在干净的超白浮法玻璃1上表面和下表面分别沉积下转换发光材料层2，下转换发光材料为稀土发光材料，下转换发光材料的基质材料为氧化物、氟化物、卤化物或硫化物。
2、利用化学气相沉积法在超白浮法玻璃1上表面沉积的下转换发光材料层2上沉积掺铝氧化锌（AZO）5，构成前电极层。
3、清洗后用P1激光刻蚀构筑第一道刻槽，去除掺铝氧化锌（AZO）5，清洗并预热后放入PECVD设备中通入硅烷、甲烷、磷烷、硼烷、氢气混合气体沉积光电转换层4，光电转换层4是由p型硅、本征硅和n型硅堆迭形成的PIN结构。
4、降温后进行P2激光刻蚀过程，去除部分光电转换层4硅膜，形成平行P1刻槽的第二道刻线。
5、利用溅射技术在电池表面沉积背电极层，背电极层为掺铝氧化锌（AZO）5，对镀完背电极层的电池进行平行于P1、P2刻槽的P3激光刻蚀，去除硅膜及背电极，从而形成电池的内部串联结构。
6、在背电极层表面通过喷涂法、滚涂法、蒸镀法、溅射法或化学气相沉积法沉积上转换发光材料层6，上转换发光材料为稀土发光材料，上转换发光材料的基质材料为氧化物、氟化物、卤化物或硫化物。
7、在上转换发光材料层6表面沉积金属反射层铝（Ag）8，用于反射上转换发光材料层6发出的可见光。
实施例3，如图3所示：
1、通过喷涂法、滚涂法、蒸镀法、溅射法或化学气相沉积法在干净的超白浮法玻璃1下表面沉积下转换发光材料层2，下转换发光材料为稀土发光材料，下转换发光材料的基质材料为氧化物、氟化物、卤化物或硫化物。
2、利用化学气相沉积法在超白浮法玻璃1的上表面沉积掺氟二氧化锡（FTO）3，构成前电极层。
3、清洗后用P1激光刻蚀构筑第一道刻槽，去除掺氟二氧化锡（FTO）3，清洗并预热后放入PECVD设备中通入硅烷、甲烷、磷烷、硼烷、氢气混合气体沉积光电转换层4，光电转换层4是由p型硅、本征硅和n型硅堆迭形成的PIN结构。
4、降温后进行P2激光刻蚀过程，去除部分光电转换层4硅膜，形成平行P1刻槽的第二道刻线。
5、利用溅射技术在电池表面沉积背电极层，背电极层为掺铝氧化锌（AZO）5，对镀完背电极层的电池进行平行于P1、P2刻槽的P3激光刻蚀，去除硅膜及背电极，从而形成电池的内部串联结构。
6、在背电极层5表面通过喷涂法、滚涂法、蒸镀法、溅射法或化学气相沉积法沉积上转换发光材料层6，上转换发光材料为稀土发光材料，上转换发光材料的基质材料为氧化物、氟化物、卤化物或硫化物。
7、在上转换发光材料层6表面沉积金属反射层铝（Ag）8，用于反射上转换发光材料层发出的可见光。
Claims (5)
1.一种高光电转换效率的太阳能电池，包括从下至上依次堆叠的透明绝缘基板、前电极层、光电转换层、背电极层和反射层，其特征在于：所述的透明绝缘基板表面和/或背电极层与反射层之间设置有光致发光材料层，反射层为金属反射层。
2.根据权利要求1所述的高光电转换效率的太阳能电池，其特征在于：所述的光致发光材料层为稀土发光材料层，光致发光材料的基质材料为氧化物、氟化物、卤化物或硫化物。
3.根据权利要求2所述的高光电转换效率的太阳能电池，其特征在于：所述的透明绝缘基板表面设置的光致发光材料层为下转换发光材料层，背电极层与反射层之间设置的光致发光材料层为上转换发光材料层。
4.根据权利要求3所述的高光电转换效率的太阳能电池，其特征在于：所述设置在透明绝缘基板表面的下转换发光材料层位于透明绝缘基板的上表面和/或下表面。
5.根据权利要求4所述的高光电转换效率的太阳能电池，其特征在于：所述的金属反射层为采用银、铝、镍、钛或其合金构成的反射层，前电极层和背电极层为透明导电氧化物。
Priority Applications (1)
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| CN2012202081974U CN202651175U (zh) | 2012-05-10 | 2012-05-10 | 一种高光电转换效率的太阳能电池 |
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Publications (1)
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| CN202651175U true CN202651175U (zh) | 2013-01-02 |
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ID=47420232
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|---|---|---|---|---|
| CN102664213A (zh) * | 2012-05-10 | 2012-09-12 | 河南安彩高科股份有限公司 | 一种高光电转换效率的太阳能电池及制备方法 |
| CN106410031A (zh) * | 2016-03-29 | 2017-02-15 | 上海大学 | 入射光强度可调的有机太阳能电池及其制备方法 |
| CN108963000A (zh) * | 2018-06-27 | 2018-12-07 | 张家港康得新光电材料有限公司 | 一种光伏板 |
| CN115832068A (zh) * | 2023-01-18 | 2023-03-21 | 西安明为光学科技有限公司 | 一种太阳能电池板及其制备方法 |
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2012
- 2012-05-10 CN CN2012202081974U patent/CN202651175U/zh not_active Expired - Lifetime
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