光譜轉(zhuǎn)換材料、轉(zhuǎn)光層材料、復(fù)合膜與太陽能電池的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及太陽能電池材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及光譜轉(zhuǎn)換材料、轉(zhuǎn)光層材料、復(fù)合膜與太陽能電池。
【背景技術(shù)】
[0002]可持續(xù)綠色能源是未來開發(fā)新能源的重點，太陽能是一種可再生能源。我國太陽能資源豐富，積極開發(fā)利用太陽能，推進(jìn)光伏發(fā)電可有效緩解能源危機、大氣污染等。但是太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率低，如晶硅太陽能電池，其理論光電轉(zhuǎn)換效率僅為31 %。由于電池的能帶結(jié)構(gòu)和太陽光譜不匹配，太陽能電池光譜響應(yīng)范圍約為300?llOOnm，而在紫外波段和紅外波段響應(yīng)度非常低，幾近于零。為了提高光電轉(zhuǎn)換效率，研宄者將研宄方向集中在如何使太陽能電池全譜吸收入射太陽光而轉(zhuǎn)化為電。
[0003]稀土元素中具有較強上轉(zhuǎn)換發(fā)光和下轉(zhuǎn)換發(fā)光的離子較多，如鈰、鐠、釤、銪、鋱和鏑稀土元素具有下轉(zhuǎn)換發(fā)光特性；而鈥、鉺、銩和鐿具有上轉(zhuǎn)換發(fā)光特性。因此通過選擇適當(dāng)?shù)幕|(zhì)材料或配體，可以實現(xiàn)較好的上下轉(zhuǎn)換發(fā)光，得到新性能的材料。稀土光譜轉(zhuǎn)換材料通過選擇合適的稀土離子和基質(zhì)并優(yōu)化化學(xué)配比，可以吸收波長低于300nm和高于IlOOnm的太陽光，并轉(zhuǎn)換為可見光，從而提高電池的光電轉(zhuǎn)換效率。
[0004]SrAl2O4=Eu 2+，Dy3+稀土光譜轉(zhuǎn)換材料是1996年發(fā)現(xiàn)的，該種材料可采用多種方法制備，例如固相反應(yīng)法、共沉淀法、燃燒法、溶膠-凝膠法等。一般制備原料都是Eu3+，為了得到Eu2+，可使用氫氣、一氧化碳、活性炭和氨氣等還原劑。SrAl2O4=Eu 2+，Dy3+稀土光譜轉(zhuǎn)換材料同時具有上轉(zhuǎn)換和下轉(zhuǎn)換發(fā)光特性，但是作為光譜轉(zhuǎn)換材料用于太陽能電池上并有效提高光電轉(zhuǎn)換效率鮮見報道。
[0005]李偉等人用0.5mol % TTFA:Eu3++0.5mol % PHBA:Tb3+作為活性組分，正硅酸乙酯、γ-縮水甘油醚丙基三甲氧基硅烷、無水乙醇和水為原料，按teos:gptms:c2h5oh:h2o =1:1:8:8.比例成膜后作為電池的減反膜，對薄膜硅太陽能電池的效率具有提升作用。
[0006]趙曙輝等人用新的合成方法合成了稀土配合物Eu(TTA)3Phentl研宄了該配合物的11?、^、16八、元素分析和熒光光譜。該配合物具有良好的發(fā)光性能和熱穩(wěn)定性。采用加熱方法將Eu(TTA)3Phen摻入PMMA樹脂中，制成發(fā)光塑料樹脂，并測定其發(fā)光性能。結(jié)果表明，Eu(TTA)3Phen摻入PMMA樹脂后仍保持該稀土配合物原有的發(fā)光特性，制成的Eu (TTA) 3Phen-PMMA樹脂復(fù)合材料具有良好的發(fā)光性能，其發(fā)光強度與Eu (TTA) 3Phen摻入的含量有關(guān)。M.Kennedy et al.利用Eu (TTA) 3Phen絡(luò)合物具有大的斯托克斯迀移的特點作為染料敏化太陽能電池(DSSC)的紫外阻擋層來提高其穩(wěn)定性，將Eu(TTA)3Phen絡(luò)合物與聚乙烯醇縮丁醛(PVB)成膜后，不但提高了染料敏化太陽能電池的穩(wěn)定性，而且還提高了電池的短路電流。
[0007]轉(zhuǎn)光層由光譜轉(zhuǎn)換材料及其載體材料組成。光譜轉(zhuǎn)換材料可以是有機材料，也可以是無機材料。利用光譜轉(zhuǎn)換材料的特性可以實現(xiàn)轉(zhuǎn)光層的下轉(zhuǎn)換或上轉(zhuǎn)換方式，將太陽能電池不能有效響應(yīng)的紫外光或紅外光轉(zhuǎn)換為電池能夠有效響應(yīng)的可見光，從而提高電池的光電轉(zhuǎn)換效率。由此，本申請?zhí)峁┝艘环N轉(zhuǎn)光層材料以提高太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明解決的技術(shù)問題在于提供一種能夠提高太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率的轉(zhuǎn)光層材料。
[0009]有鑒于此，本申請?zhí)峁┝艘环N光譜轉(zhuǎn)換材料，包括:如式(I )所示的無機稀土光譜轉(zhuǎn)換材料與如式(II )所示的有機稀土光譜轉(zhuǎn)換材料，所述無機稀土光譜轉(zhuǎn)換材料與有機稀土光譜轉(zhuǎn)換材料的質(zhì)量比為1:200?16:1 ;
[0010]SrAl2O4=Eu 2+x, Dy3+y(I);
[0011]Eu(TTA)3Phen( II )；
[0012]其中，0.01 彡 X 彡 0.06,0.005 彡 y 彡 0.04。
[0013]本申請還提供了一種轉(zhuǎn)光層材料，包括:如式(I )所示的無機稀土光譜轉(zhuǎn)換材料、如式(II )所示的有機稀土光譜轉(zhuǎn)換材料和載體材料；
[0014]SrAl2O4=Eu 2+x, Dy3+y(I);
[0015]Eu(TTA)3Phen( II )；
[0016]其中，0.01 彡 X 彡 0.06,0.005 彡 y 彡 0.04。
[0017]優(yōu)選的，所述轉(zhuǎn)光層材料還包括添加劑，所述添加劑選自聚氨酯環(huán)氧樹脂、纖維素、脂肪族胺、脂環(huán)族胺和聚合物類環(huán)氧樹脂中的一種或多種；所述載體材料為聚甲基丙烯酸甲酯或聚醋酸乙烯酯。
[0018]優(yōu)選的，所述無機稀土光譜轉(zhuǎn)換材料的含量為0.05wt%? 8wt%，有機稀土光譜轉(zhuǎn)換材料的含量為0.5wt %?1wt %，添加劑的含量為0.02wt %?5wt %，載體材料的含量為 77wt % ?99wt %。
[0019]優(yōu)選的，所述無機稀土光譜轉(zhuǎn)換材料的含量為0.2wt%? 5wt%。
[0020]優(yōu)選的，所述有機稀土光譜轉(zhuǎn)換材料的含量為3wt %?8wt %。
[0021]優(yōu)選的，所述無機稀土光譜轉(zhuǎn)換材料的中心粒徑小于50 μπι，且粒度分布
(D90-D10)/2D50< 1
[0022]本申請還提供了所述的轉(zhuǎn)光層材料形成的復(fù)合膜。
[0023]優(yōu)選的，所述復(fù)合膜的厚度為5?500 μπι。
[0024]本申請還提供了一種太陽能電池，包括:受光面沉積有上述方案所述復(fù)合膜的太陽能電池組件。
[0025]本申請?zhí)峁┝艘环N轉(zhuǎn)光層材料，其包括無機稀土光譜轉(zhuǎn)換材料、有機稀土光譜轉(zhuǎn)換材料與載體材料；本申請的無機稀土光譜轉(zhuǎn)換材料具有中心粒徑和粒度分布好的特點，還具有發(fā)射強度高、發(fā)射帶寬、量子產(chǎn)率高、化學(xué)和熱穩(wěn)定性好的優(yōu)點，其同時具有上轉(zhuǎn)換和下轉(zhuǎn)換發(fā)光特性，能夠吸收紫外光和紅外光轉(zhuǎn)換為可見光，而有機稀土光譜轉(zhuǎn)換材料具有量子產(chǎn)率高、光譜與晶硅太陽能電池光譜響應(yīng)匹配好的優(yōu)點，因此本申請將含有有機稀土光譜轉(zhuǎn)換材料與無機稀土光譜轉(zhuǎn)換材料的轉(zhuǎn)光層材料形成的復(fù)合膜應(yīng)用于太陽能電池，提高了太陽能電池對紫外光和紅外光部分的有效利用，使太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率得到了提高。實驗結(jié)果表明，本發(fā)明提供的太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率提高了 2.2%以上。
【附圖說明】
[0026]圖1為SrAl204:Eu2+_，Dy3+a(l4光譜轉(zhuǎn)換材料的下轉(zhuǎn)換發(fā)射光譜圖；
[0027]圖2為SrAl204:Eu2+_，Dy3+a(l4光譜轉(zhuǎn)換材料的上轉(zhuǎn)換發(fā)射光譜圖；
[0028]圖3為有機稀土光譜轉(zhuǎn)換材料的Eu(TTA) 3Phen的發(fā)射光譜圖；
[0029]圖4為有機稀土光譜轉(zhuǎn)換材料的Eu(TTA) 3Phen的激發(fā)光譜圖。
【具體實施方式】
[0030]為了進(jìn)一步理解本發(fā)明，下面結(jié)合實施例對本發(fā)明優(yōu)選實施方案進(jìn)行描述，但是應(yīng)當(dāng)理解，這些描述只是為進(jìn)一步說明本發(fā)明的特征和優(yōu)點，而不是對本發(fā)明權(quán)利要求的限制。
[0031]本發(fā)明實施例公開了一種稀土光譜轉(zhuǎn)換材料，包括:如式(I )所示的無機稀土光譜轉(zhuǎn)換材料與如式(II )所示的有機稀土光譜轉(zhuǎn)換材料，所述無機稀土光譜轉(zhuǎn)換材料與有機稀土光譜轉(zhuǎn)換材料的質(zhì)量比為1:200?16:1 ;
[0032]SrAl2O4-Eu 2+x，Dy'(I);
[0033]Eu(TTA)3Phen( II )；
[0034]其中，0.01 彡 X 彡 0.06，0.005 彡 y 彡 0.04。
[0035]本申請無機稀土光譜轉(zhuǎn)換材料SrAl2O4=Eu 2+x，Dy3+y，具有上轉(zhuǎn)換和下轉(zhuǎn)換發(fā)光特性。本申請的有機稀土光譜轉(zhuǎn)換材料Eu (TTA)3Phen,其具有量子產(chǎn)率高、光譜與晶硅太陽能電池光譜響應(yīng)匹配好的優(yōu)點。本申請中所述無機光譜轉(zhuǎn)換材料與有機光譜轉(zhuǎn)換材料的質(zhì)量比優(yōu)選為1:5?1:1.25。
[0036]本發(fā)明實施例公開了一種轉(zhuǎn)光層材料，包括:如式(I )所示的無機稀土光譜轉(zhuǎn)換材料、如式(II )所示的有機稀土光譜轉(zhuǎn)換材料與載體材料；
[0037]SrAl2O4=Eu 2+x，Dy'(I);
[0038]Eu(TTA)3Phen( II )；
[0039]其中，0.01 彡 X 彡 0.06,0.005 彡 y 彡 0.04。
[0040]本申請?zhí)峁┝艘环N轉(zhuǎn)光層材料，其包括:化學(xué)式為SrAl2O4iEu 2+x，Dy'的無機稀土光譜轉(zhuǎn)換材料、化學(xué)式為Eu (TTA)3Phen的有機稀土光譜轉(zhuǎn)換材料與載體材料。本申請?zhí)峁┑霓D(zhuǎn)光層材料形成的復(fù)合膜應(yīng)用于太陽能電池能夠提高太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。
[0041]按照本發(fā)明，在所述轉(zhuǎn)光層材料采用化學(xué)式為SrAl2O4iEu 2+x，Dy'的無機稀土光譜轉(zhuǎn)換材料，其具有下轉(zhuǎn)換發(fā)光特性，其激發(fā)波長約為350?400nm，發(fā)射波長約為500?540nm。如圖1所示，圖1為SrAl204:Eu 2+_，Dy3+Q.Q4光譜轉(zhuǎn)換材料的下轉(zhuǎn)換發(fā)射光譜圖，根據(jù)圖1可知，SrAl204:Eu 2+0 03, Dy3Ytl^發(fā)射波長和激發(fā)波長分別為533nm和360nm。本申請人經(jīng)過研宄發(fā)現(xiàn)，無機稀土光譜轉(zhuǎn)換材料SrAl2O4=Eu 2+x，Dy'還具有上轉(zhuǎn)換發(fā)光特性，圖2為SrAl204:Eu2+a(l3，Dy3+a(l4光譜轉(zhuǎn)換材料的上轉(zhuǎn)換發(fā)射光譜圖，其中圖2 (a)使用1064nm紅外激光器作為光源，圖2(b)使用1310nm紅外激光器作為光源，根據(jù)圖2可知，無機稀土光譜轉(zhuǎn)換材料具有在1310nm激發(fā)下產(chǎn)生可見區(qū)的綠色發(fā)光。本申請的無機稀土光譜轉(zhuǎn)換材料具有發(fā)射強度高、發(fā)射帶寬、量子產(chǎn)率高、化學(xué)和熱穩(wěn)定性好、環(huán)境友好無污染等優(yōu)點，將其作為轉(zhuǎn)換層材料能夠?qū)⒕Ч杼柲茈姵夭荒苡行ы憫?yīng)的紫外光和紅外光轉(zhuǎn)換為可以有效利用的可見光，從而提尚其光電轉(zhuǎn)換效率。
[0042]本申請中所述無機稀土光譜轉(zhuǎn)換材料的中心粒徑小于50 μπι，粒度分布滿足(D90-D10) /2D50 < I，無機稀土光譜材料的粒徑與粒度分布均會影響太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率，粒徑大影響透光性，效率下降，粒度分布不好，則影響透光而使效率下降。本申請所述無機稀土光譜轉(zhuǎn)換材料的含量優(yōu)選為0.05wt%? 8wt%，在一些實施例中，所述無機稀土光譜轉(zhuǎn)換材料的含量優(yōu)選為0.2wt%? 5wt%，在一些實施例中，所述無機稀土光譜轉(zhuǎn)換材料的含量優(yōu)選為lwt%?3wt%。所述無機稀土光譜轉(zhuǎn)換材料的含量過多而影響復(fù)合膜的透光性，則使光電轉(zhuǎn)換效率下降。
[0043]按照本發(fā)明，所述轉(zhuǎn)光層材料中還包括化學(xué)式為Eu(T