專利名稱：：光能電池增效轉(zhuǎn)光膜的制作方法光能電池增效轉(zhuǎn)光膜發(fā)明所屬
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明系關(guān)于一種光能電池增效轉(zhuǎn)光膜，尤指一種可將太陽短波及可見光波段的輻射轉(zhuǎn)移至黃色和黃橘色波段的增效轉(zhuǎn)光膜，其所提供的光能電池完全工作時的有效率可達1818.7%。先前技術(shù)借助于單晶硅將太陽輻射的能量進行轉(zhuǎn)化的自然光能裝置組件的最簡單架構(gòu)如下。該光能電池組件是在單晶硅的基礎(chǔ)上構(gòu)建起來的，通常是p型導電類型的半導體單晶硅片。這種導電類型是通過在單晶硅中加入硼的混合物實現(xiàn)的。通常氣相銻的混合物在p型硅中擴散會在硅片表面形成p-n類型間的轉(zhuǎn)化，導電類型由電洞導電變?yōu)殡娮訉щ姡磏型導電。硅片表面n型覆膜的濃度為0.5~3微米。該覆膜通常與金屬電極相接觸(金或其合金)。在硅片背面完全覆蓋上金屬電極或是以銀覆膜形式存在的電極。以下是光能電池組件工作的物理原理。當該組件被自然光照或人工照明的輻射激活時，被硅材料吸收的光子將生成不平衡的電子電洞對。此時，位于臨近p-n躍遷的p層中的電子向該躍遷的邊界遷移，被其中存在的電引力場吸入到n型區(qū)域。另一方面，存在于硅片表面n層的電洞載體(p型載體)部分轉(zhuǎn)移到硅片內(nèi)部，即硅片p型區(qū)域。這種擴散的結(jié)果是n層獲得了額外的負電荷，而p層獲得了額外的正電荷。半導體硅片p層與n層間的勢能接觸差減小，此時外部電路中形成了電壓。該半導體電源的負極是n層，而正極是p層。硅片在光照條件下發(fā)生的光電效應可用伏安特性方程來描述U=(KT/q)*ln[(IPh-I)/Is+Iz]其中Is—供給電流，Iph—光電流從半導體硅片表面每平方厘米面積所能獲得的最大功率IPh*U=X*IK3*Uxx，其中，X為伏安特性比例系數(shù)，Io為短路電流，Uxx為空載電壓。上述光能電池組件最簡單架構(gòu)的有效工作系數(shù)為15~16%,—片半導體硅片光能電池可轉(zhuǎn)化并獲得高達40W的功率。該光能電池組件架構(gòu)的主要缺陷是半導體硅片表面p層與n層濃度的不均勻性。此外，p-n和硅較活躍時的光譜最大值通常無法與太陽輻射的光譜最大值相重合。下面援引圖表來解釋這種偏差。圖l是已知光能電池的基本架構(gòu)圖，其中，l是p型單晶硅片，2是n型導電層，3是電極系統(tǒng)，4是外層抗反射覆膜。通常在光能電池硅片外面包上由乙酸乙烯酯或聚碳酸酯類化合物構(gòu)成的防塵外殼。根據(jù)在中緯度(例如北緯48。)太陽與地平線成45。角時測得的太陽輻射能量光譜圖可以很明顯地觀察出，到達地球表面的太陽輻射能量最高的分波段在290-1060nm間。(需要指出的是，當光能電池在近太空環(huán)境中工作時，在其完整的光譜圖中還會出現(xiàn)UV與VUV分波段的短波輻射與波長大于1065nm的紅外中波輻射；而在地球表面工作時，短波輻射會被大氣中的氧氣吸收，uv中波輻射會被水蒸汽強烈吸收)。另外值得注意的是太陽輻射光譜圖中能量的不均衡分布。太陽輻射能量的最大值出現(xiàn)在藍色波段X=470nm處。在可見光的主要波段500600nm段的太陽輻射較最大值減少了20%，X二720nm對應的輻射值減少了一半。X=1000nm=1微米對應的輻射值僅是最大值的1/5。圖2是在與太陽輻射相對應的各分波段測得的光能電池樣品敏感度標準光譜曲線，將太陽輻射能量光譜圖中的數(shù)據(jù)與圖2中的數(shù)據(jù)進行比較，可發(fā)現(xiàn)在X=400470nm太陽輻射最大值區(qū)域內(nèi)單晶硅敏感度的最大值不超過最高敏感度的20%。在光譜的X=440880nm波段，單晶硅敏感度曲線急劇上升，即單晶硅光能電池對可見光與近紅外光波段的輻射比較敏感，然而IM125光能電池的敏感度最大值出現(xiàn)在近950980nm波段。單晶硅光能電池的敏感度最大值位于上述窄波段內(nèi)是由單晶硅的能帶架構(gòu)決定的，其禁帶的寬度Eg=1.21ev,對應波長X二950nm。通過以上對太陽輻射光譜與單晶硅光能電池光譜敏感度的比較，可得出以下結(jié)論l.太陽輻射峰值與光能電池敏感度最大值對應的波長的間距AX-500nm，對應的能量間距△E=0.42ev;2.太陽輻射能量較高的380550nm波段對應的單晶硅的敏感度很低；3.太陽輻射峰值的波長幾乎是單晶硅敏感度最高時輻射的光子的波長的2倍。這些重要的物理結(jié)論決定了現(xiàn)有的單晶硅光能電池的主要缺陷這種電池的有效系數(shù)相當?shù)?，理論最大值由單晶硅的光譜敏感度與太陽輻射的積分關(guān)系決定，其不超過2830%;2.太陽中波輻射的峰值在X-470620nm波段，此時對單晶硅電池的激發(fā)作用相當微弱。太陽輻射的光子在被光能電池材料吸收后多余的能量將會引起聲子輻射，產(chǎn)生hv-500cm"(0.1ev)的聲子，使光能電池材料溫度升髙。在這個過程中硅的禁帶寬度會減小(0.01ev/°C)。同時，單晶硅光能電池敏感度最大值對應的波長向980~1020nm長波段移動，在這個波段水蒸汽對太陽輻射穿透大氣層的過程影響已經(jīng)相當大；3A-2.53ev的太陽短波輻射的能量會導致在光能電池材料中產(chǎn)生不可逆轉(zhuǎn)的缺陷在波節(jié)處產(chǎn)生空位，以及在波節(jié)間形成原子，這必然會降低光能電池阻擋層光的效果。此類偏差造成了電池無法達到上述的15~16%的有效工作系數(shù)。單晶硅光能電池的研究者和生產(chǎn)者長期致力于研究克服上述種種缺陷與局限性的方案。Chopr在其專題論文《薄膜光能電池》(世界出版社，1985年，378379頁)中提出了一種解決方案，其被我們作為原型。圖3是上述專題論文中的一幅圖表。這一方案的物理意義在于在光能電池外表面覆蓋一層單晶紅寶石，它能強化吸收2.3~3.2ev區(qū)域的太陽輻射，激發(fā)Cr"發(fā)生d-d躍遷，窄頻帶發(fā)光。紅寶石內(nèi)部Cr+3的輻射峰值對應的波長X=695nm。因此太陽的原始輻射向長波段變化，短波波段的輻射完全移至X=700nm的輻射區(qū)域。在圖3中的"光子能量一吸收光系數(shù)"坐標圖中，曲線2表示被激活的Cr+3吸收光的系數(shù)，曲線l表示這種單晶紅寶石在光激發(fā)下的發(fā)光狀態(tài)。圖中還標示出了單晶硅電池在其表面覆蓋有可被激發(fā)發(fā)光的紅寶石時的載體聚集系數(shù)(曲線3),該桌數(shù)因紅寶石層的存在與否而變化?？梢钥闯觯栞椛渲苯蛹ぐl(fā)的短波輻射區(qū)域的載體聚集系數(shù)比依靠紅寶石變頻器工作的發(fā)光裝置的載體聚集系數(shù)高10~20%。上述專題論文的作者因此得出結(jié)論依靠紅寶石變頻器工作的單晶硅光能電池的有效率還可能提升0.5~2%。這是光能電池
技術(shù)領(lǐng)域：
取得的實質(zhì)性的進步，但仍存在以下問題l.紅寶石Al2Ch*Cr被激發(fā)發(fā)光的光譜與單晶硅光能電池敏感度曲線不能完全重合；2.上述裝置因使用單晶紅寶石，成本很高，這誠屬美中不足之處。
發(fā)明內(nèi)容為解決上述已知技術(shù)的缺點，本發(fā)明的主要目的系提供一光能電池及增效轉(zhuǎn)光膜，其采用了可強化吸收可見光波段近80%輻射的寬頻帶光譜轉(zhuǎn)化器。本發(fā)明的另一目的在于提供一種光能電池及增效轉(zhuǎn)光膜，該增效轉(zhuǎn)光膜輻射出的光譜并非是窄頻帶的，而是覆蓋了能量集中的X=530~610nm波段。本發(fā)明的另一目的在于提供一種光能電池及增效轉(zhuǎn)光膜，該增效轉(zhuǎn)光膜具有較高的轉(zhuǎn)化率，光子輻射可達96%。本發(fā)明的另一目的在于提供一種光能電池及增效轉(zhuǎn)光膜，該增效轉(zhuǎn)光膜被做成內(nèi)部填充有無機熒光粉超分散顆粒的聚合薄膜，該薄膜與p型單晶硅片的外表面直接接觸。該技術(shù)方案最顯著的特征是可將16%以上的光能轉(zhuǎn)化成電能。為達到上述目的，本發(fā)明提供一種光能電池，其包括一單晶硅片，其用以承載后述的增效轉(zhuǎn)光膜；以及一增效轉(zhuǎn)光膜，其被制成一薄聚合層的形式，該聚合層內(nèi)填充有無機熒光粉且與該單晶硅片的外表層相接觸，其可強化吸收一第一特定分段波的自然光輻射，將其再輻射至一第二特定分段波。其中，該第一特定分段波的波長為300~580nm;該第二10特定分段波的波長為530~610nm。為達到上述目的，本發(fā)明提供一種增效轉(zhuǎn)光膜，其系用于光能電池中，其為由無機粉所制成的聚合物薄膜并可與一單晶硅片的外表層相接觸，其可強化吸收一第一特定分段波的自然光輻射，將其再輻射至一第二特定分段波。其中，該第一特定分段波的波長為300~580nm;該第二特定分段波之波長為530~610nm。實施方式迄今為止，有關(guān)光能電池的最大有效率，還未有人發(fā)表過同等水準的數(shù)據(jù)。在單晶硅片和增效轉(zhuǎn)光膜基礎(chǔ)上構(gòu)建的光能電池能達到這種技術(shù)水準是由于電池中的增效轉(zhuǎn)光膜是以聚碳酸酯或/和聚硅氧烷或/和聚丙酸酯為基體構(gòu)成的聚合物，在其內(nèi)部填充有以II，ffl或IV主族元素的氧化物為基體的熒光粉顆粒，該顆粒具有石榴石類型晶體架構(gòu)，直徑小于輻射峰值波長，且聚合物中熒光粉顆粒的填充量在0.1~50%之間。請參照圖4，其繪示本發(fā)明的光能電池的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖所示，本發(fā)明的光能電池包括硅片10;以及增效轉(zhuǎn)光膜20。其中，該硅片10例如但不限于為p型單晶硅片、p型多晶硅片、n型單晶硅片或n型多晶硅片，在本實施例中系以p型單晶硅片為例加以說明，但并不以此為限，且本發(fā)明的電池系由不超過120mm的硅片平面組合而成，總量1620片，構(gòu)成總電阻小于IOOQ的并聯(lián)電路。該增效轉(zhuǎn)光膜20被制成一薄聚合層的形式，該聚合層內(nèi)填充有無機熒光粉21，其例如但不限于為無機熒光粉超分散顆粒，且該聚合物層與該單晶硅片IO的外表層相接觸，其可強化吸收一第一特定分段波例如但不限于為300~580nm的自然光輻射，將其再輻射至一第二特定分段波例如但不限于為530~610nm。其中，該增效轉(zhuǎn)光膜20為有機聚合物，其中的平均聚合度為m=100~500，分子質(zhì)量為10000~20000標準單位。此外，該增效轉(zhuǎn)光膜20進一步可具有環(huán)氧樹脂(epoxy)(圖未示)材料，以增加其轉(zhuǎn)旋光性。該無機熒光粉21的基體系由鋇和釔的同類鋁酸鹽的固體溶液構(gòu)成，其化學組成例如但不限于為Baa(Y，Gd)3pAl2a+5p04a+12p,其中a的取值范圍例如但不限于為或&1，p的取值例如但不限于為P5或^1。晶格的晶系隨鋇與釔比例關(guān)系的改變而變化。當c^O.l時，晶格是立方晶系；當a=l，J^O.l時，晶格是六方晶系；當a=l，一1.0時，晶格是單斜晶系。在上述化合物中加入f元素與d元素Ce,Pr，Eu，Dy，Tb，Sm，Mn，Ti或Fe，它們具有+2~+4間不同的氧化程度，當基體化合物被A^470nm的短波輻射激發(fā)時，上述離子會輻射出波長？i=530~610nm的綠橙色光，輻射被總濃度100300微米的單晶硅片的P層強烈吸收。其中，該增效轉(zhuǎn)光膜20系以聚碳酸酯及/或聚硅氧垸及/或聚丙烯酸酯基為基礎(chǔ)所形成的含氧聚合物，該聚合物中填充有以具有石榴石晶體架構(gòu)的元素周期表n、ni或iv主族元素的氧化物為基體的熒光粉顆粒，該顆粒的直徑小于峰值波長(d<dxmax)，且該聚合物中熒光粉顆粒的含量為0.1~50%。此外，該增效轉(zhuǎn)光膜20的外表面呈黃橙色，對300520nm波段的光的吸收率大于60%。此外，該增效轉(zhuǎn)光膜20的量子輻射率在75~96%間變化，隨著薄膜濃度在0.1~0.5mm間優(yōu)化而增大，該薄膜20對電池接收到的自然光的整體反射率為4~6%。該增效轉(zhuǎn)光膜20系由分子質(zhì)量m-12000標準碳單位的聚碳酸酯薄膜構(gòu)成，其中該無機熒光粉21的體積濃度為30%。以下是本發(fā)明的光能電池的物理本質(zhì)。首先，選用聚碳酸酯及/或聚硅氧烷及/或聚丙酸酯作為增效轉(zhuǎn)光膜20的材料，而不是任意的聚合物，這是因為上述聚合物在^4001200nm寬頻帶內(nèi)具有相當高的透光性。此外，上述聚合物對太陽短波輻射的損壞值較高。上述增效轉(zhuǎn)光膜20的主要特點還體現(xiàn)為在其組成中包含由II，ni主族元素的氧化物構(gòu)成的無機熒光粉21顆粒。此外，無機熒光粉21的直徑小于激發(fā)它們發(fā)光的太陽輻射的波長，從而完全改變了熒光粉顆粒21發(fā)生光散射的規(guī)律(在這種情況下，Relei光散射定律服從于Mi建立的規(guī)律)。要實現(xiàn)發(fā)光光譜與太陽原始輻射光譜相重疊，增效轉(zhuǎn)光膜20中熒光粉顆粒21的填充量應在0.1~50%之間。這種增效轉(zhuǎn)光膜20的制作方法通常是將'聚合物溶解于二氯代甲烷或三氯代乙烯等有機溶劑中，通過澆鑄法制成聚合薄膜。由于不發(fā)生散射或發(fā)生微量散射，上述聚合增效轉(zhuǎn)光膜20在濃度為80~100微米時透光率可達85%(直射時)，在透射的光中會出現(xiàn)黃橙色光。這種用于光能電池的新型增效轉(zhuǎn)光膜20之所以具備以上特點，是因為其化學基礎(chǔ)是以鋇和釔的同類鋁酸鹽的詞體溶液構(gòu)成，其化學式為Baa(Y，Gd)3pAl2a+5p04a+up，被Ce"，Pr"單獨或共同激活，這些離子由于其內(nèi)部發(fā)生d-f躍遷而產(chǎn)生輻射。由本發(fā)明的實驗得出，石榴石架構(gòu)的熒光粉被Ce+3，Cr+3激發(fā)發(fā)光的最佳亮度對應的熒光粉21填充濃度為1~3%。相對于d-f激活元素的量而言，石榴石類型同晶架構(gòu)的含量已經(jīng)相當高。其次，上述化學式提供了可使熒光粉21輻射向長波方向移動的方法。此方法是用Gd離子取代部分Y離子，此時Ce+3，Pr+3的輻射向長波方向移動，分別對應530590nm，600~625nm。每用l呢的Gd離子取代l呢的Y離子，峰值波長移動lnm。本發(fā)明的物理化學實質(zhì)如下首先，本發(fā)明的實驗發(fā)現(xiàn)，第II主族元素的鋁酸鹽與鋁酸釔具有相近的光學特性，如MeAl2〇4(當Me-Mg或Ca時，形成具有MgAh04尖晶石類型的立方晶系結(jié)構(gòu)的化合物)，或Me4AlCh5類型的化合物。當這些化合物被Ce+3離子激活時，具有很強的發(fā)光特性，會被V470nm的光束激發(fā)發(fā)光。本發(fā)明的實驗還發(fā)現(xiàn)，第II主族元素的單鋁酸鹽和多鋁酸鹽在與Y3AlsCh2石榴石類犁的鋁酸釔或鈣鈦礦YA103類型鋁酸釔形成固體溶液時，其發(fā)光特性會增強。這種固體溶液的成分中含有整數(shù)數(shù)目的MeAh04類型單鋁酸鹽，例如單位釔鋁石榴石中可能含有l(wèi)、2、3或4個單位單鋁酸鹽。然而.，也有可能得到含有非整數(shù)單位的單鋁酸鹽的固體溶液，如，MeAl2CU的數(shù)量可以是0.1、0.25、0.4或0.5等。第II主族元素的鋁酸鹽與鋁酸釔形成的固體溶液中也可含有少量后者。這種情況下，當a-l,pS0.1時，固體溶液的晶體結(jié)構(gòu)接近六方晶系；而當c^0.1,卩=1時，晶體結(jié)構(gòu)接近鋁酸釔石榴石典型的立方晶系。此時的晶格參數(shù)接近a-12.4A,大于標準釔鋁石榴石的晶格參數(shù)。然而，在具有此參數(shù)數(shù)值的晶格中Ce"離子更易溶解(溶解度可達15%以上，而在標準釔鋁石榴石中Ce203的平均溶解度不超過3X)。其中，當c^l且P^l時，固體溶液的晶格結(jié)構(gòu)疏松，屬于單斜晶系(a，b,c，Y角)。第II'主族元素的鋁酸鹽與鋁酸釔形成的固體溶液可以很好地溶解體積較大的離子如Ce+3。與Ce+3同屬于輕稀土元素的Pr"也易溶解于該固體溶液中。Dy+3，Tb+3，Eu"等重稀土元素離子及位于輕、重稀土元素交界位置的Sm"極易溶解于該合成的圓體溶液。此時，具有可變價態(tài)的Eu+2和Sm+2可能同時存在兩種不同的氧化狀態(tài)+2和+3價態(tài)，而Mn+2與Mn+4、Ti+3與Ti"以及Fe"與Fe+3可能同時或單獨存在于固體溶液的晶格結(jié)構(gòu)中。這時所有上述離子都具有很強的發(fā)光性(其中某些離子如Ti+3重新獲得了這種發(fā)光性)。所有上述具有強發(fā)光性的離子被激發(fā)發(fā)光的波段在近紫外波段(Dy+3,Tb+3，Mn+4，Ti+3)或可見光光譜中X-440nm的藍色光波段。在上述新型化合物中使用多種激活劑具有以下優(yōu)點1.熒光粉發(fā)光光譜覆蓋的波段較之前更寬；2.可通過加入少量第二種甚至第三種激活劑改變或修正原始發(fā)光的顏色；3.可通過選擇不同頻率的激發(fā)光改變熒光粉發(fā)光的顏色?；瘜W計量參數(shù)a與P在取值范圍內(nèi)取任意值，上述優(yōu)點都有所體現(xiàn)，當對應lmY3Al50i2,a-0.25和az:0.5時，表現(xiàn)尤為突出。此時，熒光粉基體的晶格呈立方晶系，化合物BaAl204及Y3Al50u分別被Eu"及/或Ce"激活，互相溶解，生成熒光物質(zhì)。當化學計量參數(shù)(1=1且PS0.1時，形成化學式為BaY。.3A125052的熒光粉，二價稀土元素離子Eu"與Sm+2將其激活，在光譜的藍綠色波段窄頻帶發(fā)光，譜線半寬A。.5=60~70nm。此時的熒光粉基體具有斜方系晶體結(jié)構(gòu)，被異質(zhì)結(jié)發(fā)出的X-460nm的藍色光激發(fā)后，發(fā)射出色品坐標x=0.17~0.22，y二0.450.55的強烈的藍綠色光。除傳統(tǒng)的激活劑Ce+3外，若在熒光粉基體中再溶入Ti+3與Fe"可使熒光粉輻射峰值增大125130nm，此時的色品坐標具有橙紅色特征xS0.40，yS0.45。在熒光粉基體中加入化學計量參數(shù)o^l的BaAl204,固體溶液晶體具有斜方晶系結(jié)構(gòu)。此時可以用Gd+3取代部分Y+3，熒光粉的輻射峰值會向長波方向移動，從^558nm處移至A^570nm波段。發(fā)光色品坐標之和為Z(x+y)^).80。這種熒光粉樣品的優(yōu)勢表現(xiàn)在發(fā)出高溫紅色光?；瘜W計量參數(shù)a,p在a/^:2范圍內(nèi)變化會使合成的熒光粉本身的顏色加深。當a-l，卩=1時，熒光粉呈淺黃色，接近于草黃色，隨著a取值的增大而漸變?yōu)榻鹕?。該熒光粉吸收輻射的最小值出現(xiàn)在X-440480nm波段，對X^560nm波段的光的反射值最大，達到11=90~95%。前面已經(jīng)提及，可以用Sr"或Ca"取代陽離子亞晶格中的部分Ba"。此時，熒光粉基體可被Eu+2，Sm"或Mn"激活，在光譜的505585nm波段產(chǎn)生窄頻帶輻射，A、=100~110nm。在本發(fā)明中還研究了熒光粉發(fā)光的運動特性。當化學計量參數(shù)a-l，p^).5時，熒光粉發(fā)光的余輝te-100150ns,而當卩/a24時，余輝會減至t-4050ns。本發(fā)明所提出的這種熒光粉有若干合成方案。請參照圖5，其繪示本發(fā)明一較佳實施例的熒光粉的制備方法的流程示意圖。如_圖所示，本發(fā)明的熒光粉的制備方法包括下列步驟將氧化物原料與碳酸鹽進行固態(tài)燒結(jié)(步驟l);在高溫環(huán)境下持續(xù)若干小時(步驟2);以及在還原環(huán)境中以高溫進行灼燒階段(步驟3)。此外，本發(fā)明所提出的這種熒光粉的具體成分請詳見表1。表l用作增效轉(zhuǎn)光膜的熒光粉的特性<table>tableseeoriginaldocumentpage17</column></row><table>由吸收光譜表明，所有上述原料均能強烈吸收可見光波段的輻射，這是由于混合粉末呈現(xiàn)出黃色、黃橙色。熒光粉顆粒由于具有這種鮮艷的顏色而常用于減小光能電池外表面的反光系數(shù)，從而降低了對光能電池外部架構(gòu)的要求?，F(xiàn)代生產(chǎn)工藝中通常在硅片表面覆蓋Si3N4薄膜使其表面發(fā)光。然而這種操作因技術(shù)難度大、成本髙而提升了整個光能電池的生產(chǎn)成本。就此而言，使用充分著色的熒光粉降低了光能電池的商業(yè)成本。本發(fā)明的增效轉(zhuǎn)光膜20可由以下兩種不同方法制成1.將聚合物懸濁液澆鑄在單晶硅片IO表面。這種方法制得的增效轉(zhuǎn)光膜20片層的尺寸與硅片10的幾何尺寸完全重合。聚合物懸浮液中熒光粉顆粒21的濃度為0.150%,同時需考慮到，當熒光粉顆粒21的濃度較低時，需增大聚合薄膜的濃度；當熒光粉濃度較高時，則可以將聚合薄膜的濃度減小至2060微米。在這種情況下，增效轉(zhuǎn)光膜20可吸收6090%照射在其表面的光，保證較高的發(fā)光效率和光子輻射率。光能電池具有這一優(yōu)點是因為增效轉(zhuǎn)光膜20外表面呈黃橙色，對300-520nm波段輻射的吸收率大于60%。同時光子輻射率為7596%,隨著聚合薄膜濃度在0.10.5mm間優(yōu)化而增大，增效轉(zhuǎn)光膜20對照射在其表面的光的反射率為46%。此外，這種增效轉(zhuǎn)光膜20還具有以下特點首先，構(gòu)成增效轉(zhuǎn)光膜20的有機聚合物的平均聚合度接近100500，從而保證了其分子質(zhì)量接近1000020000個標準碳單位。當聚合度最小、分子質(zhì)量最小時制得的聚合薄膜硬度過大，可塑性差；另一方面，增大聚合度會使聚合物的透光性降低而導致光能電池的有效率降低。此外，本發(fā)明在研究過程中發(fā)現(xiàn)，增效轉(zhuǎn)光膜20的最佳制作方案是將聚碳酸酯溶解在CH2Cl2中制成20X的溶液，然后澆鑄而成。此時聚碳酸酯的分子質(zhì)量為12000個標準碳單位?；瘜W組成為Ba。(Y，Gd)3pAl2a+5p04a"2p，平均直徑為0.6微米的熒光粉顆粒21在聚合物中的最佳填充濃度為20%。硅片表面澆鑄而成的增效轉(zhuǎn)光膜聚合層的濃度為60±5微米。然后將若干覆蓋有增效轉(zhuǎn)光膜20的單晶硅片10組裝成光能電池。除了上述澆鑄法外，本發(fā)明還嘗試在190。C下高溫擠壓制成聚乙烯材料的增效轉(zhuǎn)光膜20。用擠壓法制作聚乙烯薄膜的工藝在前述專利文獻中有詳細說明，因此此處不另加描述，需要指明的是薄膜中熒光粉的濃度為18%，具體組成為低濃度聚乙烯62%,EVA20呢，熒光粉18%。聚乙烯薄膜濃度為120士10微米，具有很高的均質(zhì)性和韌性。通過專用粘合劑將含熒光粉的聚乙烯薄膜粘在硅片表面。以下是關(guān)于光能電池整體架構(gòu)的描述。通常，電池由一組并聯(lián)的硅片構(gòu)成，一個電池中硅片的數(shù)量由單晶硅片10的幾何大小決定。下面表2中列出了本發(fā)明中所用的單晶硅片IO的規(guī)格參數(shù)。硅棒橫截面為假正方形(四個角缺失的)的面積為125"25士0.5mm，硅片具有標準濃度300土30微米。這種硅片因質(zhì)量較大(>25克)，而增大了一塊多元光能電池上所需的單晶硅片10的成本。因此在本發(fā)明的研究過程中嘗試使用更薄的硅片(濃度1=240±25微米)，這樣硅片的成本可以降低20%。同時，電阻的變動范圍最小(±10%),更便于裝配電池。通常使用的光能電池的面積為0.25m'，由16片單晶硅片組成。少數(shù)情況下，組裝大型儀器需使用由64或144片單晶硅片IO構(gòu)成的電池。表2<table>tableseeoriginaldocumentpage19</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage20</column></row><table>23邊緣質(zhì)量允許出現(xiàn)不超過2個長度<1毫米，深度<0.3毫米的缺口。無裂紋。在使用單晶硅片10組裝光能電池的同時，本發(fā)明也嘗試使用多晶硅制作了光能電池樣品。將多晶硅材料做成薄膜置于金屬導體底座上。多晶硅就物理特性而言，其內(nèi)部載流子的活動性要比單晶硅差，然而使用多晶硅可以降低電池的成本。以下是裝配有增效轉(zhuǎn)光膜20的光能電池的輸出特性。實驗所用電池均由128片覆蓋有增效轉(zhuǎn)光膜20的單晶硅片10組成。硅片10的各項參數(shù)均在標準變動范圍內(nèi)。電池有效率最大值丸18.7%，此時的輸出功率為2.72瓦。有效率最高的樣品的最大輸出電壓為0.620伏，對應的短路電流為5.50安培。與同系列中有效率最高的普通單晶硅電池相比，配有增效轉(zhuǎn)光膜20的單晶硅電池樣品的最大有效率要高出1.2%,對應的銜出電壓和短路電流都比前者要高。本發(fā)明的實驗還發(fā)現(xiàn)，在所有參與實驗的配有增效轉(zhuǎn)光膜20的單晶硅電池中表現(xiàn)最差的樣品的有效率為15%(普通光能電池的有效率約為13.5%),此時的輸出電壓為0.600瓦，短路電流為4.70安培。以上實驗結(jié)果證明，這種配有增效轉(zhuǎn)光膜20的光能電池與傳統(tǒng)光能電池相比具有無可爭議的優(yōu)點。本發(fā)明的光能電池及增效轉(zhuǎn)光膜可在太陽輻射能量較高的380550nm波段提升單晶硅片的轉(zhuǎn)換效能，因此，可提升光能電池整體的轉(zhuǎn)換效能，因此較傳統(tǒng)光能電池而言具有無可爭議的優(yōu)點。綜上所述，本發(fā)明的光能電池及增效轉(zhuǎn)光膜的光譜轉(zhuǎn)化器被做成內(nèi)部填充有無機熒光粉超分散顆粒的聚合薄膜，該薄膜與p型單晶硅片的外表面直接接觸。該技術(shù)方案最顯著的特征是可將16%以上的自然光能轉(zhuǎn)化成電能，因此，確可改善已知光能電池的缺點。雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭露如上，然而其并非用以限定本發(fā)明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)當可作少許的更動與潤飾，因此本發(fā)明的保護范圍當視后附的權(quán)利要求書所界定的為準。圖式簡單說明圖1為一示意圖，其繪示已知光能電池的基本架構(gòu)圖，其中主要組件為p型單晶硅片1、n型導電層2、電極系統(tǒng)3、外層抗反射覆膜4。圖2為一示意圖，其繪示在與太陽輻射相對應的各分波段測得的光能電池樣品敏感度標準光譜曲線。圖3為一示意圖，其繪示在光能電池外表面覆蓋一層單晶紅寶石時，它能強化吸收2.3~3.2ev區(qū)域的太陽輻射的示意圖。圖4為一示意圖，其繪示本發(fā)明的光能電池的結(jié)構(gòu)示意圖，其中主要組件為單晶硅片10、增效轉(zhuǎn)光膜20、無機熒光粉21。圖5為一示意圖，其繪示本發(fā)明一較佳實施例的熒光粉的制備方法的流程示意圖。權(quán)利要求1.一種光能電池，其包括一硅片，其用以承載后述的增效轉(zhuǎn)光膜；以及一增效轉(zhuǎn)光膜，其被制成一薄聚合層的形式，該聚合層內(nèi)填充有無機熒光粉且與該單晶硅片的外表層相接觸，其可強化吸收一第一特定分段波的自然光輻射，將其再輻射至一第二特定分段波。2.如權(quán)利要求1所述的光能電池，其中該硅片為p型單晶硅片、p型多晶硅片、n型單晶硅片或n型多晶硅片。3.如權(quán)利要求1所述的光能電池，其中該無機熒光粉為無機熒光粉超分散顆粒。4.如權(quán)利要求1所述的光能電池，其中該第一特定分段波的波長為—300580nm;該第二特定分段波的波長為530~610nm。5.如權(quán)利要求1所述的光能電池，其中該增效轉(zhuǎn)光膜中進一步填充有環(huán)氧樹脂。6.如權(quán)利要求1所述的光能電池，其中該增效轉(zhuǎn)光膜系以聚碳酸酯及/或聚硅氧烷及/或聚丙烯酸酯基為基礎(chǔ)所形成的含氧聚合物，該聚合物中填充有以具有石榴石晶體架構(gòu)的元素周期表II、ni或iv主族元素的氧化物為基體的熒光粉顆粒，該顆粒的直徑小于峰值波長，且該聚合物中熒光粉顆粒的含量為0.1~50%。7.如權(quán)利要求3所述的光能電池，其中該無機熒光粉的基體是由鋇和釔的同類鋁酸鹽的固體溶液構(gòu)成，其化學式為Baa(Y，Gd)3pAl2a+5p04a+12p,且其晶格的晶系隨鋇與釔比例關(guān)系的改變而變化，其中a的取值范圍為c^l或c^1，p的取值為化l或^1。8.如權(quán)利要求7所述的光能電池，其中當o^l且p^l時，固體溶液的晶格結(jié)構(gòu)疏松，屬于單斜晶系。9.如權(quán)利要求1所述的光能電池，其中該增效轉(zhuǎn)光膜系由分子質(zhì)量m-12000標準碳單位的聚碳酸酯薄膜構(gòu)成，其中該無機熒光粉體積濃度為30%。10.如權(quán)利要求I所述的光能電池，其中該增效轉(zhuǎn)光膜的外表面呈黃橙色，對300520nm波段的光的吸收率大于60X。11.如權(quán)利要求l所述的光能電池，其中該增效轉(zhuǎn)光膜的量子輻射率在75~96%間變化，隨著薄膜濃度在0.10.5mm間優(yōu)化而增大，該薄膜對電池接收到的自然光的整體反射率為4~6%。12.權(quán)利要求1所述的光能電池，其中該聚合層為有機聚合物，其中的平均聚合度為m=100~500，分子質(zhì)量為1000020000標準單位。13.如權(quán)利要求l所述的光能電池，其中該單晶硅片組系由不超過120mm的硅片平面組合而成，總量16~20片，構(gòu)成總電阻小于100ft的并聯(lián)電路。14.如權(quán)利要求1所述的光能電池，其中該增效轉(zhuǎn)光膜系借由將聚碳酸酯溶解在CH2Cl2中制成20X的溶液，然后澆鑄而成。15.如權(quán)利要求1所述的光能電池，其中該增效轉(zhuǎn)光膜系借由在19(TC下高溫擠壓制成聚乙烯薄膜而成，其中該薄膜中無機熒光粉的濃度為18%,其具體組成為低濃度聚乙烯62%，EVA20%,熒光粉18%，此外，該聚乙烯薄膜濃度為120土10微米，具有很高的均質(zhì)性和韌性。16.—種光能電池的增效轉(zhuǎn)光膜，其為由無機粉所制成的聚合物薄膜并可與一硅片的外表層相接觸，其可強化吸收一第一特定分段波的自然光輻射，將其再輻射至一第二特定分段波。17.如權(quán)利要求i6所述的增效轉(zhuǎn)光膜，其中該硅片為p型單晶硅片、p型多晶硅片、n型單晶硅片或n型多晶硅片。18.如權(quán)利要求16所述的增效轉(zhuǎn)光膜，其中該無機粉為無機熒光粉超分散顆粒。19.如權(quán)利要求16所述的增效轉(zhuǎn)光膜，其中該第一特定分段波的波長為300580nm;該第二特定分段波的波長為530~610nm。20.如權(quán)利要求16所述的增效轉(zhuǎn)光膜，其系以聚碳酸酯及/或聚硅氧烷及/或聚丙烯酸酯基為基礎(chǔ)所形成的含氧聚合物，該聚合物中填充有以具有石榴石晶體架構(gòu)的元素周期表II、ni或iv主族元素的氧化物為基體的熒光粉顆粒，該顆粒的直徑小于峰值波長，且該聚合物中熒光粉顆粒的含量為0.150%。21.如權(quán)利要求16所述的增效轉(zhuǎn)光膜，其中該無機熒光粉的基體是由鋇和釔的同類鋁酸鹽的固體溶液構(gòu)成，其化學式為Baa(Y，Gd)3pAl2a+5p04a+l2p,且其晶格的晶系隨鋇與釔比例關(guān)系的改變而變化，其中a的取值范圍為o^l或o^1,p的取值為22.如權(quán)利要求16所述的增效轉(zhuǎn)光膜，其中當c^l且卩^1時，固體溶液的晶格結(jié)構(gòu)疏松，屬于單斜晶系。23.如權(quán)利要求16所述的增效轉(zhuǎn)光膜，其中該聚合層薄膜為有機聚合物，其中的平均聚合度為111=100~500，分子質(zhì)量為1000020000標準單位。24.如權(quán)利要求16所述的增效轉(zhuǎn)光膜，其進一步填充有環(huán)氧樹脂。25.—種熒光粉的制備方法，其包括下列步驟將氧化物原料與碳酸鹽進行固態(tài)燒結(jié)；在高溫環(huán)境下持續(xù)若干小時；以及在還原環(huán)境中以高溫進行灼燒階段。26.如權(quán)利要求24所述的熒光粉的制備方法，其中該熒光粉為無機熒光粉，且其基體是由鋇和釔的同類鋁酸鹽的固體溶液構(gòu)成，其化學式為Baa(Y，Gd)3pAl2a+5p04a+12p，且其晶格的晶系隨鋇與釔比例關(guān)系的改變而變化，其中a的取值范圍為c^l或c^1，卩的取值為PS1或P^1。27.如權(quán)利要求25所述的熒光粉的制備方法，其中當0^1且PS1時，固體溶液的晶格結(jié)構(gòu)疏松，屬于單斜晶系。全文摘要本發(fā)明系關(guān)于一種光能電池增效轉(zhuǎn)光膜，其通過將發(fā)光光譜在太陽輻射峰值波長(λ＝470nm)與單晶硅對光照敏感性最高時的波長(λ＝860～880nm)間移動，使光能電池的有效率達14～16％。本發(fā)明提供了可將太陽短波及可見光波段的輻射轉(zhuǎn)移至黃色和黃橘色的增效轉(zhuǎn)光膜。這種增效轉(zhuǎn)光膜的基礎(chǔ)是以具有石榴石晶體架構(gòu)的II，III主族元素氧化物為基體的熒光粉，用電子d層與f層發(fā)生躍遷的元素作激活劑，該熒光粉的基體由鋇和釔的同類鋁酸鹽的固體溶液構(gòu)成，其化學式為Ba_α(Y，Gd)_3βAl_2α+5βO_4α+12β，且其晶格的晶系隨鋇與釔比例關(guān)系的改變而變化。該增效轉(zhuǎn)光膜由均勻填充熒光粉超細散顆粒的有機聚合物構(gòu)成，熒光粉顆粒的平均直徑為0.5～0.8微米。本發(fā)明所提供的光能電池完全工作時的有效率達18～18.7％。文檔編號C09K11/08GK101295742SQ20071008665公開日2008年10月29日申請日期2007年3月29日優(yōu)先權(quán)日2007年3月29日發(fā)明者索辛納姆,羅維鴻,蔡琦睿,陳建毅申請人:羅維鴻;陳建毅