專利名稱：一種硅基薄膜太陽(yáng)能電池用上轉(zhuǎn)換鋁硅酸鹽玻璃的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本 發(fā)明涉有特種玻璃領(lǐng)域，特別涉及一種硅基薄膜太陽(yáng)能電池用上轉(zhuǎn)換鋁硅酸鹽玻璃。
背景技術(shù)：
硅基薄膜太陽(yáng)能電池，由于受硅材料光學(xué)能隙的限制，不能將全部的太陽(yáng)光轉(zhuǎn)化為電流，對(duì)太陽(yáng)光的利用率約為55%左右。對(duì)于波長(zhǎng)小于540nm的光譜，其光電轉(zhuǎn)換效率較高，主要為近紫外光與藍(lán)、綠光之間；而對(duì)于波長(zhǎng)大于540nm的光譜，其光電轉(zhuǎn)換效率則較低。太陽(yáng)光譜中含有大量波長(zhǎng)大于700nm的近紅外光，其在硅基薄膜太陽(yáng)能電池中的光電轉(zhuǎn)換效率近似為零，為此人們提出用上轉(zhuǎn)換材料來(lái)解決這ー問(wèn)題，將近紅外的光線通過(guò)上轉(zhuǎn)換材料轉(zhuǎn)化為可見(jiàn)光，從而使這一部分光線在光電轉(zhuǎn)換中發(fā)揮功效，提高太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率?，F(xiàn)階段，人們已經(jīng)掌握了較為成熟的上轉(zhuǎn)換材料制備技術(shù)，但應(yīng)用于太陽(yáng)能電池器件中時(shí)，往往只是簡(jiǎn)單的將上轉(zhuǎn)換材料涂抹在電池基板上，利用上轉(zhuǎn)換材料將近紅外光轉(zhuǎn)化為可見(jiàn)光，這對(duì)上轉(zhuǎn)換材料的用量需求較大，成本控制問(wèn)題有待于解決。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供ー種可以吸收800 1000納米近紅外光線、發(fā)射出500 550納米可見(jiàn)光線的上轉(zhuǎn)換鋁硅酸鹽玻璃，應(yīng)用于硅基薄膜太陽(yáng)能電池前電極基板，實(shí)現(xiàn)將太陽(yáng)光譜中的近紅外光線轉(zhuǎn)化為可見(jiàn)光線，為硅基太陽(yáng)能電池所吸收，并轉(zhuǎn)化為電流，提高光電轉(zhuǎn)換效率。本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的，一種硅基薄膜太陽(yáng)能電池用上轉(zhuǎn)換鋁硅酸鹽玻璃，其特征在于，原料質(zhì)量百分比為=SiO2 60 65%，Al2O3 10 15%，Na2O
8 13%，MgO I 5%，K2O I 3%，CaO I 3%，NaCl I 3%，Er2O3 O. 5 I. 5%, Yb2O3O. 5 I. 5% ;制備方法包括以下步驟按照上轉(zhuǎn)換鋁硅酸鹽玻璃的原料配比，進(jìn)行稱量并充分混合，采用高溫熔融エ藝，在鉬金坩堝內(nèi)進(jìn)行熔化，熔制溫度為1620 1650°C，熔融保溫時(shí)間為3 8小時(shí)，熔融后，將熔融玻璃液成型壓制成玻璃板，然后進(jìn)行退火處理，退火溫度為600 800°C，經(jīng)過(guò)研磨、拋光、切割和化學(xué)鋼化處理后制得可以吸收800 1000納米近紅外光線、發(fā)射出500 550納米可見(jiàn)光線作為薄膜太陽(yáng)能電池前電極基板的上轉(zhuǎn)換鋁硅酸鹽玻璃。所述化學(xué)鋼化處理的溫度為450 500°C，時(shí)間為3 6小吋。本發(fā)明的有益效果(1)本發(fā)明具有較高的可見(jiàn)光透過(guò)率(> 90%)，通過(guò)在鋁硅酸鹽玻璃組分中摻入Yb2O3和Er2O3稀土氧化物來(lái)實(shí)現(xiàn)上轉(zhuǎn)換材料與玻璃基板融為一體并具有上轉(zhuǎn)換功能；可以將太陽(yáng)光譜中原本對(duì)硅基薄膜太陽(yáng)能電池?zé)o用的近紅外光線轉(zhuǎn)化為可見(jiàn)光，從而被電池所吸收并轉(zhuǎn)化為電能，擴(kuò)大硅基薄膜太陽(yáng)能電池對(duì)太陽(yáng)光譜的響應(yīng)范圍，實(shí)現(xiàn)硅基薄膜太陽(yáng)能電池對(duì)近紅外光線的有效利用，進(jìn)而提高電池的光電轉(zhuǎn)換效率。
(2)本發(fā)明為高鋁含量的硅酸鹽玻璃，具有良好的抗刮擦、抗沖擊和抗損傷性能，同時(shí)富有更好的弾性；應(yīng)用于薄膜太陽(yáng)能電池前電極基板，能夠經(jīng)受戶外長(zhǎng)期惡劣環(huán)境的考驗(yàn)，為電池持續(xù)穩(wěn)定的發(fā)電提供有力保障。


圖I為本發(fā)明上轉(zhuǎn)換鋁硅酸鹽玻璃在980nm紅外激光器激發(fā)下的發(fā)光光譜圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的一種硅基薄膜太陽(yáng)能電池用上轉(zhuǎn)換鋁硅酸鹽玻璃，原料質(zhì)量百分比為SiO2 60 65%，Al2O3 10 15%，Na2O 8 13%，MgO I 5%，K20 I 3%，CaO I 3%，NaCl I 3%，Er2O3 O. 5 I. 5%，Yb2O3 O. 5 I. 5%。其中實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的創(chuàng)新點(diǎn) 是在現(xiàn)有高鋁硅酸鹽玻璃成分中摻入Yb2O3和Er2O3,加入量的不同，性能會(huì)有所差異，下面通過(guò)實(shí)施例作進(jìn)ー步詳細(xì)說(shuō)明。實(shí)施例I :
(1)上轉(zhuǎn)換鋁硅酸鹽玻璃的熔制
鋁硅酸鹽玻璃原料質(zhì)量比為:Si02 63%, Al2O3 14%, MgO 3. 5%，Na2O :12%，K2O 1. 5%，CaO :1. 5%，Er2O3 1%，Yb2O3 :1. 5%，NaCl 2% ;原料總量為1000克，配合料混合均勻后，放置于鉬金坩堝內(nèi)在高溫硅鑰爐中熔化，熔制溫度為1640°C，并保溫5小時(shí)；
(2)玻璃的后退火處理
將上述熔制好的玻璃液傾倒于平板鑄鐵模具上成型，壓制成板狀玻璃制品，形狀為50 X 50mm2，然后放入馬弗爐內(nèi)進(jìn)行退火處理，退火溫度設(shè)為700°C，以降溫速率I. 5°C /min降至室溫，最后將退火完成的玻璃樣品再進(jìn)行研磨、拋光、切割，最后成形的試樣尺寸為20X20X3mm3 ;然后進(jìn)行化學(xué)鋼化處理，化學(xué)鋼化溫度為450°C，時(shí)間為3. 5小時(shí)。由此完成的特種上轉(zhuǎn)換鋁硅酸鹽玻璃，其具備高強(qiáng)度、高硬度、抗沖擊、抗損傷等特征，其維氏硬度為604MPa，抗壓強(qiáng)度為805MPa，抗折強(qiáng)度83MPa ;且其可見(jiàn)光透過(guò)率為90. 3%，可以滿足硅基薄膜電池前基板的質(zhì)量要求。如圖I所示，本發(fā)明的上轉(zhuǎn)換鋁硅酸鹽玻璃在980nm紅外激光器激發(fā)下上轉(zhuǎn)換發(fā)光主要為綠光和黃光，其中最強(qiáng)的發(fā)射在550 560nm之間，這即是Yb3+和Er3+離子發(fā)揮上轉(zhuǎn)換的功能，將近紅外長(zhǎng)波段的光轉(zhuǎn)換為可見(jiàn)的綠光和黃光。(3)將上述制備完成的特種上轉(zhuǎn)換鋁硅酸鹽玻璃應(yīng)用于硅基薄膜太陽(yáng)能電池中，電池結(jié)構(gòu)為上轉(zhuǎn)換鋁硅酸鹽玻璃基板/AZO透明導(dǎo)電膜/P型非晶硅/I型非晶硅/N型非晶娃/招背電極。同時(shí)制備ー個(gè)無(wú)上轉(zhuǎn)換材料的招娃酸鹽玻璃基板，制備相同結(jié)構(gòu)的娃基薄膜電池，比較兩者的光電性能。采用上轉(zhuǎn)換鋁硅酸鹽玻璃基板的硅基薄膜太陽(yáng)能電池的短路電流密度為12. 56mA/cm2，無(wú)上轉(zhuǎn)換鋁硅酸鹽玻璃基板的硅基薄膜太陽(yáng)能電池的短路電流密度為12. 31 mA/cm2,由此可見(jiàn)，采用上轉(zhuǎn)換鋁硅酸鹽玻璃基板后，電池的短波段量子效率有所提升，從而短路電流和光電轉(zhuǎn)換效率均得到提聞。實(shí)施例2
鋁硅酸鹽玻璃原料質(zhì)量比為:Si02 63% ；A1203 :14% ；MgO :3. 5% ；Na20 :12% ；K20 :1. 5% ；CaO 2. 5% ；Er203: O. 5%; Yb2O3:1% ；NaCl :2% ;原料總量為1000克，生產(chǎn)エ藝同實(shí)施例1，制備出的鋁硅酸鹽玻璃在980nm紅外激光器激發(fā)下的上轉(zhuǎn)換發(fā)光光譜最強(qiáng)的發(fā)射段在555 565nm之間，主要發(fā)光也為綠光和黃光；將此玻璃用于娃基薄膜電池時(shí),太陽(yáng)能電池的短路電流密度為12. 49mA/cm2。實(shí)施例3:
鋁硅酸鹽玻璃原料質(zhì)量比為:Si02 63% ；A1203 :14% ；MgO :3. 5% ；Na20 :12% ；K20 :1. 5% ；CaO 1. 5% ；Er203: I. 5%; Yb2O3: O. 5% ；NaCl :2% ;原料總量為 1000 克，生產(chǎn)エ藝同實(shí)施例1，制備出的鋁硅酸鹽玻璃在980nm紅外激光器激發(fā)下的上轉(zhuǎn)換發(fā)光光譜最強(qiáng)的發(fā)射段在545 556nm之間，主要發(fā)光也為綠光和黃光；將此玻璃用于硅基薄膜電池時(shí)，太陽(yáng)能電池的短路電流密度為12. 46mA/cm2。以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制；任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍情況下，都可利用上述掲示的方法和技術(shù)內(nèi)容對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案做出許多可能的變動(dòng)和修飾，或修改為等同變化的等效實(shí) 施例。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所做的任何簡(jiǎn)單修改、等同替換、等效變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案保護(hù)的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種硅基薄膜太陽(yáng)能電池用上轉(zhuǎn)換鋁硅酸鹽玻璃，其特征在于，原料質(zhì)量百分比為SiO2 60 65%，Al2O3 10 15%，Na2O 8 13%，MgO I 5%，K20 I 3%，CaO I 3%，NaCl I 3%，Er203 0. 5 I. 5%，Yb2O3 0. 5 I. 5% ;制備方法包括以下步驟按照上轉(zhuǎn)換鋁硅酸鹽玻璃的原料配比，進(jìn)行稱量并充分混合，采用高溫熔融工藝，在鉬金坩堝內(nèi)進(jìn)行熔化，熔制溫度為1620 1650°C，熔融保溫時(shí)間為3 8小時(shí)，熔融后，將熔融玻璃液成型壓制成玻璃板，然后進(jìn)行退火處理，退火溫度為600 80(TC，經(jīng)過(guò)研磨、拋光、切割和化學(xué)鋼化處理后制得可以吸收800 1000納米近紅外光線、發(fā)射出500 550納米可見(jiàn)光線作為薄膜太陽(yáng)能電池前電極基板的上轉(zhuǎn)換鋁硅酸鹽玻璃。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的硅基薄膜太陽(yáng)能電池用上轉(zhuǎn)換鋁硅酸鹽玻璃，其特征在于，制備方法中化學(xué)鋼化處理的溫度為450 500°C，時(shí)間為3 6小時(shí)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種硅基薄膜太陽(yáng)能電池用上轉(zhuǎn)換鋁硅酸鹽玻璃，原料質(zhì)量百分比為SiO2 60～65%，Al2O3 10～15%，Na2O 8～13%，MgO 1～5%，K2O 1～3%，CaO 1～3%，NaCl 1～3%，Er2O3 0.5～1.5%，Yb2O3 0.5～1.5%；本發(fā)明具有較高的可見(jiàn)光透過(guò)率(＞90%)，通過(guò)在鋁硅酸鹽玻璃組成中摻入包含Yb2O3和Er2O3稀土氧化物來(lái)實(shí)現(xiàn)上轉(zhuǎn)換材料的功能；可以將太陽(yáng)光譜中原本對(duì)硅基薄膜太陽(yáng)能電池?zé)o用的近紅外光線轉(zhuǎn)化為可見(jiàn)光，從而被電池所吸收并轉(zhuǎn)化為電能，擴(kuò)大硅基薄膜太陽(yáng)能電池對(duì)太陽(yáng)光譜的響應(yīng)范圍，實(shí)現(xiàn)硅基薄膜太陽(yáng)能電池對(duì)近紅外光線的有效利用，進(jìn)而提高電池的光電轉(zhuǎn)換效率。
文檔編號(hào)C03C3/095GK102849943SQ20121035241
公開(kāi)日2013年1月2日 申請(qǐng)日期2012年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月21日
發(fā)明者馬立云, 崔介東, 彭壽, 王蕓, 曹欣, 石麗芬 申請(qǐng)人:蚌埠玻璃工業(yè)設(shè)計(jì)研究院, 中國(guó)建材國(guó)際工程集團(tuán)有限公司