共摻氟氧化物玻璃的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明適用于基于近紅外量子剪切材料提高Si基太陽電池轉(zhuǎn)換效率領(lǐng)域，具體為一種提高Si基太陽能電池轉(zhuǎn)換效率的Tb3+-Yb3+共摻氟氧化物玻璃及制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，商用Si基太陽能電池在光伏市場上占主導(dǎo)地位，對于Eg為1.12eV(~1100nm)的單結(jié)Si基太陽能電池，理論上其極限效率為30%。但是，目前單結(jié)單晶Si基太陽能電池典型的能量轉(zhuǎn)換效率僅為15%，這主要是因為太陽能電池在太陽能轉(zhuǎn)換成電能的過程中光譜失配帶來了嚴(yán)重的熱損耗及透過損耗。近紅外量子剪切材料可實現(xiàn)對太陽光譜的調(diào)制，將波長小于550 nm的一個光子轉(zhuǎn)換成兩個波長1000 nm附近的近紅外光子，使太陽光譜與Si基太陽能電池的響應(yīng)匹配的更好，以此降低光譜失配帶來的損耗，同時在1000nm附近波段獲得雙倍的光電流，有望用來提高Si基太陽能電池的效率。因此，在硅基(Si)太陽能電池上增添下轉(zhuǎn)換近紅外量子剪切層，實現(xiàn)對太陽光譜的調(diào)制，提高Si基太陽電池的轉(zhuǎn)換效率，這對于新能源的開發(fā)與利用具有深遠(yuǎn)的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明是要解決目前硅基太陽能電池轉(zhuǎn)換效率較低的問題，而提供了一種基于Tb3+-Yb3+共摻氟氧化物玻璃，用于提高Si基太陽能電池效率。
[0004]本發(fā)明是采用如下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
一種提高Si基太陽能效率的Tb3+-Yb3+共摻氟氧化物玻璃，由如下摩爾份數(shù)的組分構(gòu)成:
50 S12-20 Al2O3-30 CaF2-0.5 Tb4O7 —(x/2) Yb2O3，其中 x=l~10。
[0005]上述提高Si基太陽能效率的Tb3+-Yb3+共摻氟氧化物玻璃的制備方法，包括如下步驟:
(1)、取規(guī)定量的Si02、A1203、CaF2,Tb4O7和Yb 203粉末研磨混合均勻；
(2)、將研磨后的粉末混合物置于剛玉坩禍中，在高溫爐中于1350~1400°C保溫90?10min ；
(3)、將熔融的玻璃液迅速倒在鋼板上，使其自然冷卻至室溫；
(4)、將得到的玻璃在高溫爐中以500~550°C的溫度保溫3h，去除內(nèi)應(yīng)力；
(5)、將玻璃切割拋光，形成2mm厚的Tb3+-Yb3+共摻氟氧化物玻璃。
[0006]在Si基太陽電池上涂覆基于Tb3+-Yb3+共摻氟氧化物玻璃的近紅外量子剪切層，通過改變太陽光譜，將波長小于550nm的一個光子轉(zhuǎn)換成兩個波長100nm附近的近紅外光子，使其與Si基太陽能電池的響應(yīng)匹配的更好，以此降低光譜失配帶來的損耗，同時在100nm附近波段獲得雙倍的光電流。本發(fā)明采用高溫固相法合成Tb3+-Yb3+不同摻雜比例的氟氧化物玻璃薄層，測量Tb3+-Yb3+共摻氟氧化物玻璃薄層的吸收光譜(如圖1所示)、光致發(fā)光光譜(如圖2所示)、時間分辨光譜(如圖3所示)，計算Tb3+-Yb3+共摻氟氧化物玻璃薄層的近紅外量子剪切效率。
[0007]根據(jù)圖3計算Tb3+-Yb3+共摻氟氧化物玻璃的量子剪切效率，驗證本發(fā)明的效果:計算可得，對于Yb3+濃度分別為x=l，5，10時，量子剪切層的量子效率分別為104%、120%、132%。由此可見，該量子剪切層的確可以通過光譜調(diào)制，將一個可見光子調(diào)制為兩個近紅外光子，增加總的量子效率，從而實現(xiàn)Si基太陽能電池光電流的增加，提高其轉(zhuǎn)換效率。
[0008]本發(fā)明采用的前置的光譜轉(zhuǎn)換層與現(xiàn)有的太陽電池之間是電絕緣的，它們之間的耦合方式是輻射耦合，因此兼容性很好。對于現(xiàn)有的太陽電池來說，增添近紅外量子剪切層的方法既方便應(yīng)用，又相對獨立。利用該轉(zhuǎn)換層能夠提高太陽電池對可見光的利用效率，同時在近紅外區(qū)域獲得雙倍光電流，以此降低Si基太陽能電池的損耗，提高能量轉(zhuǎn)換效率。
[0009]本發(fā)明設(shè)計合理，利用Tb3+-Yb3+共摻氟氧化物玻璃提高Si基太陽能電池轉(zhuǎn)換效率，解決目前商用Si基太陽電池在太陽能轉(zhuǎn)換成電能的過程中熱損耗及透過損耗嚴(yán)重，轉(zhuǎn)換效率低的問題。
【附圖說明】
[0010]圖1表示本發(fā)明所述的Tb3+-Yb3+共摻氟氧化物玻璃薄層在Si基太陽電池的吸收光譜。
[0011]圖2表不本發(fā)明測量的473nm光激發(fā)下Tb3+-Yb3+共摻氟氧化物玻璃的光致發(fā)光光
■]並曰O
[0012]圖3表示本發(fā)明測量的473mn光激發(fā)下Tb3+-Yb3+共摻氟氧化物玻璃的時間分辨光
■]並曰O
【具體實施方式】
[0013]下面對本發(fā)明的具體實施例進行詳細(xì)說明。
[0014]實施例1
一種提高Si基太陽能效率的Tb3+-Yb3+共摻氟氧化物玻璃，由如下摩爾份數(shù)的組分構(gòu)成:
50mol S12一20mol Al2O3一30mol CaF2一0.5mol Tb4O7一0.5mol Yb203。
[0015]上述Tb3+-Yb3+共摻氟氧化物玻璃的制備方法，包括如下步驟:
(1)、取規(guī)定量的Si02、A1203、CaF2,Tb4O7和Yb 203粉末研磨Ih至混合均勻；
(2)、將研磨后的粉末混合物置于剛玉坩禍中，在高溫爐中于1350°C保溫95min;
(3)、將熔融的玻璃液迅速倒在鋼板上，使其自然冷卻至室溫；
(4)、將得到的玻璃在高溫爐中以520°C的溫度保溫3h，去除內(nèi)應(yīng)力；
(5)、將玻璃切割拋光，形成2mm厚的Tb3+-Yb3+共摻氟氧化物玻璃。
[0016]測量Tb3+-Yb3+共摻氟氧化物玻璃的吸收光譜、光致發(fā)光光譜、時間分辨光譜；計算Tb3+-Yb3+共摻氟氧化物玻璃的量子剪切效率。
[0017]實施例2
一種提高Si基太陽能效率的Tb3+-Yb3+共摻氟氧化物玻璃，由如下摩爾份數(shù)的組分構(gòu)成:
50mol S12一20mol Al2O3一30mol CaF2一0.5mol Tb4O7一2.5mol Yb203。
[0018]上述Tb3+-Yb3+共摻氟氧化物玻璃的制備方法，包括如下步驟:
(1)、取規(guī)定量的Si02、A1203、CaF2,Tb4O7和Yb 203粉末研磨Ih至混合均勻；
(2)、將研磨后的粉末混合物置于剛玉坩禍中，在高溫爐中于1360保溫90min;
(3)、將熔融的玻璃液迅速倒在鋼板上，使其自然冷卻至室溫；
(4)、將得到的玻璃在高溫爐中以500°C的溫度保溫3h，去除內(nèi)應(yīng)力；
(5)、將玻璃切割拋光，形成2mm厚的Tb3+-Yb3+共摻氟氧化物玻璃。
[0019]測量Tb3+-Yb3+共摻氟氧化物玻璃的吸收光譜、光致發(fā)光光譜、時間分辨光譜；計算Tb3+-Yb3+共摻氟氧化物玻璃的量子剪切效率。
[0020]實施例3
一種提高Si基太陽能效率的Tb3+-Yb3+共摻氟氧化物玻璃，由如下摩爾份數(shù)的組分構(gòu)成:
50mol S12一20mol Al2O3一30mol CaF2一0.5mol Tb4O7一5mol Yb203。
[0021]上述Tb3+-Yb3+共摻氟氧化物玻璃的制備方法，包括如下步驟:
(1)、取規(guī)定量的Si02、A1203、CaF2,Tb4O7和Yb 203粉末研磨Ih至混合均勻；
(2)、將研磨后的粉末混合物置于剛玉坩禍中，在高溫爐中于1400°C保溫10min;
(3)、將熔融的玻璃液迅速倒在鋼板上，使其自然冷卻至室溫；
(4)、將得到的玻璃在高溫爐中以550°C的溫度保溫3h，去除內(nèi)應(yīng)力；
(5)、將玻璃切割拋光，形成2mm厚的Tb3+-Yb3+共摻氟氧化物玻璃。
[0022]測量Tb3+-Yb3+共摻氟氧化物玻璃的吸收光譜、光致發(fā)光光譜、時間分辨光譜；計算Tb3+-Yb3+共摻氟氧化物玻璃的量子剪切效率。
[0023]上述Tb3+-Yb3+共摻氟氧化物玻璃在目前成熟的Si基太陽電池上表層增加兼容性很好的近紅外量子剪切光譜轉(zhuǎn)換層，利用該轉(zhuǎn)換層提高太陽電池對可見光的利用效率，同時在近紅外區(qū)域獲得雙倍光電流，以此降低Si基太陽能電池的損耗，提高Si基太陽能電池的效率。本發(fā)明將為Si基太陽能電池效率的提高提供新的途徑。
[0024]根據(jù)圖3計算Tb3+-Yb3+共摻氟氧化物玻璃的量子剪切效率，驗證本實施方式的效果:計算可得，對于Yb3+濃度分別為x=l，5，10時，量子剪切層的量子效率分別為104%、120%、132%。由此可見，該量子剪切層的確可以通過光譜調(diào)制，將一個可見光子調(diào)制為兩個近紅外光子，增加總的量子效率，從而實現(xiàn)Si基太陽能電池光電流的增加，提高其轉(zhuǎn)換效率。
[0025]最后所應(yīng)說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照本發(fā)明實施例進行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，對本發(fā)明的技術(shù)方案進行修改或者等同替換，都不脫離本發(fā)明的技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋本發(fā)明的權(quán)利要求保護范圍中。
【主權(quán)項】
1.一種提高Si基太陽能效率的Tb3+-Yb3+共摻氟氧化物玻璃，其特征在于:由如下摩爾份數(shù)的組分構(gòu)成: S1250， Al2O320， CaF230， Tb4O70.5， Yb2O3x/2 ； 其中，X=1-1Oo
2.—種權(quán)利要求1所述的提高Si基太陽能效率的Tb 3+_Yb3+共摻氟氧化物玻璃的制備方法，其特征在于:包括如下步驟: (1)、取規(guī)定量的Si02、A1203、CaF2,Tb4O7和Yb 203粉末研磨混合均勻； (2)、將研磨后的粉末混合物置于剛玉坩禍中，在高溫爐中于1350~1400°C保溫90~100min ； (3)、將熔融的玻璃液迅速倒在鋼板上，使其自然冷卻至室溫； (4)、將得到的玻璃在高溫爐中以500~550°C的溫度保溫3h，去除內(nèi)應(yīng)力； (5)、將玻璃切割拋光，形成2mm厚的Tb3+-Yb3+共摻氟氧化物玻璃。
【專利摘要】本發(fā)明涉及量子剪切材料提高Si基太陽能電池轉(zhuǎn)換效率，用于解決目前商用Si基太陽電池在太陽能轉(zhuǎn)換成電能的過程中熱損耗及透過損耗嚴(yán)重，轉(zhuǎn)換效率低的問題。在Si基太陽電池上涂覆基于Tb3+-Yb3+共摻氟氧化物玻璃的近紅外量子剪切層，通過改變太陽光譜，將波長小于550nm的一個光子轉(zhuǎn)換成兩個波長1000nm附近的近紅外光子，使其與Si基太陽能電池的響應(yīng)匹配的更好，以此降低光譜失配帶來的損耗，同時在1000nm附近波段獲得雙倍的光電流。
【IPC分類】C03C3-112, C03B19-00
【公開號】CN104860533
【申請?zhí)枴緾N201510207869
【發(fā)明人】段倩倩, 張文棟, 桑勝波, 菅傲群, 冀建龍, 張輝, 鄧麗莉, 任馨宇
【申請人】太原理工大學(xué)
【公開日】2015年8月26日
【申請日】2015年4月29日