CN101418218A - 太阳能电池发光转换层及其无机荧光粉 - Google Patents
太阳能电池发光转换层及其无机荧光粉 Download PDFInfo
- Publication number
- CN101418218A CN101418218A CNA2008101803670A CN200810180367A CN101418218A CN 101418218 A CN101418218 A CN 101418218A CN A2008101803670 A CNA2008101803670 A CN A2008101803670A CN 200810180367 A CN200810180367 A CN 200810180367A CN 101418218 A CN101418218 A CN 101418218A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- silicon
- solar cell
- fluorescent powder
- phosphor
- equal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000000843 powder Substances 0.000 title claims abstract description 40
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 title claims description 26
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 53
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 53
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 52
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 24
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 22
- 229920001558 organosilicon polymer Polymers 0.000 claims abstract description 20
- BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N Orthosilicate Chemical compound [O-][Si]([O-])([O-])[O-] BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 150000004645 aluminates Chemical class 0.000 claims abstract description 8
- XTQHKBHJIVJGKJ-UHFFFAOYSA-N sulfur monoxide Chemical compound S=O XTQHKBHJIVJGKJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 claims abstract description 4
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims abstract 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims abstract 2
- 229920001169 thermoplastic Polymers 0.000 claims abstract 2
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 44
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 claims description 30
- 238000004020 luminiscence type Methods 0.000 claims description 28
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 28
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 24
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims description 20
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims description 11
- 229920005573 silicon-containing polymer Polymers 0.000 claims description 11
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 10
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 4
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 claims description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims 2
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 claims 2
- 101100167365 Caenorhabditis elegans cha-1 gene Proteins 0.000 claims 1
- 230000004931 aggregating effect Effects 0.000 claims 1
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 6
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 2
- 229910052809 inorganic oxide Inorganic materials 0.000 abstract description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 2
- 229920001187 thermosetting polymer Polymers 0.000 abstract 1
- 239000004416 thermosoftening plastic Substances 0.000 abstract 1
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 62
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 description 15
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 11
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 8
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 5
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 5
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 5
- 239000012190 activator Substances 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 4
- 229910052684 Cerium Inorganic materials 0.000 description 3
- GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N cerium Chemical compound [Ce] GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 239000002223 garnet Substances 0.000 description 3
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910019142 PO4 Inorganic materials 0.000 description 2
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical compound OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 2
- 210000003850 cellular structure Anatomy 0.000 description 2
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- TXKMVPPZCYKFAC-UHFFFAOYSA-N disulfur monoxide Inorganic materials O=S=S TXKMVPPZCYKFAC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000007888 film coating Substances 0.000 description 2
- 238000009501 film coating Methods 0.000 description 2
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 2
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K phosphate Chemical compound [O-]P([O-])([O-])=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 2
- 239000010452 phosphate Substances 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- LSGOVYNHVSXFFJ-UHFFFAOYSA-N vanadate(3-) Chemical compound [O-][V]([O-])([O-])=O LSGOVYNHVSXFFJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 description 2
- VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N yttrium atom Chemical compound [Y] VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052765 Lutetium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052779 Neodymium Inorganic materials 0.000 description 1
- 240000007594 Oryza sativa Species 0.000 description 1
- 235000007164 Oryza sativa Nutrition 0.000 description 1
- 235000002492 Rungia klossii Nutrition 0.000 description 1
- 244000117054 Rungia klossii Species 0.000 description 1
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 1
- UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N Sulphide Chemical compound [S-2] UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052769 Ytterbium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 description 1
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 description 1
- 229910000147 aluminium phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 description 1
- -1 based on rare earths Chemical compound 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 1
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 229910021419 crystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001351 cycling effect Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000000295 emission spectrum Methods 0.000 description 1
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 1
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- QEFYFXOXNSNQGX-UHFFFAOYSA-N neodymium atom Chemical compound [Nd] QEFYFXOXNSNQGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 125000004334 oxygen containing inorganic group Chemical group 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000027756 respiratory electron transport chain Effects 0.000 description 1
- 235000009566 rice Nutrition 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 230000001235 sensitizing effect Effects 0.000 description 1
- 150000004760 silicates Chemical class 0.000 description 1
- 150000003376 silicon Chemical class 0.000 description 1
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- NAWDYIZEMPQZHO-UHFFFAOYSA-N ytterbium Chemical compound [Yb] NAWDYIZEMPQZHO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/52—PV systems with concentrators
Landscapes
- Luminescent Compositions (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
本发明系有关能源技术领域，具体而言系有关用于制造硅太阳能电池的材料结构；本发明的太阳能电池结构系采用有机硅聚合物及无机氧化物荧光粉聚集而成。该太阳能电池组份来自多晶硅、单晶硅，及非晶硅，目的是为了更好的提高太阳能电池的有效参数。在具有含氧化成份的无机荧光粉中，本发明采用了正硅酸盐、铝酸盐、磷酸盐－钒酸盐及硫氧化物。当d50≤0.8微米时，合成荧光粉重量比为0.05－10％，表面有机硅聚合物具有相同的厚度层为0.3－5mm的热塑性或热固性装填。综合采用三种方式将太阳能电池所有的电学参数提升10％，效率比原先增加20％。
Description
技术领域
本发明系有关能源交变动力技术，具体取决于材料结构并运用在生产硅太阳能电池中。硅太阳能电池被广泛的用于替代能源，硅系太阳能电池的种类一般采用：
--以Si为主的单晶硅薄板；
--以Si为主的多晶硅薄板；以及
--以非晶硅为基质的薄膜，称之为α-Si。
本发明具体研究方向系有关硅结构的硅太阳能电池。类似于此种源自于硅成份的太阳能电池结构，包括：两个表面各具有一电极，(1)其中一个为整体(实体)；(2)第二个为栅状型态；(3)在硅薄板的外表面形成p-n结层；以及(4)含硼的气态扩散的产物在硅薄板下产生明亮的亮度。
现有技术
按现阶段太阳能电池的主要参数效能，出自太阳光整体功率中太阳能电池功率的输出比率，透过专业测算，当发光角度与水平线呈60度时，太阳光照射在土地表层的功率为1000瓦特/m2。由于电功率的比率建立，确定了有效的太阳能电池。这样的理论非常清晰的记载在《硅太阳能电池》中，单晶硅的效率极限不可能超出24％，例如文献乔普拉A.太阳能薄膜电池《世界》莫斯科1985年P360页(俄罗斯)(Чопра А.Тонкоплeночныне солнечныезлeмeнты.Изд-во《Мир》，Москвa，1985год，360стр.(нарусскoм))所记载。在太阳能电池的组成中缺少了必须的热能冷却，造成效率的主要丢失，尤其在单晶硅的能量领域中。
第一点有关于对于太阳能电池结合热力学的理论，任何一个能量来源，所根据的Kapho还原循环(定律名称)，相应的效率降低η＝(T1-T2)/T1，其中η-为T1温度循环下的有效性周期，T2-为传输程序能量下的温度，如果
有效循环值最小，因此所有大尺寸轮廓的太阳能电池具有坚实的底边(底座)以及可接受强制性冷却。
第二个所谈到的原因直接与单晶硅结构有关，对于通过电子转移，底部导电区与顶端的化合价区域工作时所加入的能量，会转换成相等的热能，依照热波动力学原理对硅晶格加热(所产生的物理现象如声音、背景噪声等)，通常这一数值范围在0.8～1千伏。
还有一些其它的原因使效率下降，例如热损失。部分太阳光量子具有能量hν＝3电子伏，但对于单晶硅的宽禁区Eg＝1.1电子伏，也就是说太阳光打击到单晶硅板后有1.9电子伏的能量在晶格中热波动力存在，对单晶硅板加热，造成热损失。另外，单晶硅太阳能电池还存在着一个重要的有效值的丢失—太阳光最大辐射光谱(λ＝470nm)及单晶硅灵敏度光谱最大值(λ＝940nm)之间的光谱位移。有关该光谱不协调在发明人于2007年12月11日向韩国专利局所提出申请之第KP2007011205专利申请案已有描述。引用该专利案中的数据，对于硅太阳能电池光谱成份中在黄色波长范围区域的发光辐射转换，排除其不协调的缺陷。
在发光转换器上采用微晶石榴石荧光粉成份已取得实际可行的结果，尽管这种想法很具有吸引力，但是在实现这一所提的理念中数据不足。除此之外，对于所提及的单晶硅太阳能电池数据亦非常贫缺。
例如Intematix公司所拥有的2007年12月27日公开之美国第2007/0295383 A1号专利案，对于提高太阳能电池的效能以及采用了前述韩国第KP2007011205专利申请案中的理念，对于提升光电转换效率建议采用硅酸盐系列荧光粉取替昂贵的石榴石，该韩国第KP2007011205专利申请案之发明人(Soshchin N.P.)在该案专利说明书里提出，太阳能电池的效率可以提升1％(绝对的数值)，虽然在具体的实验资料中没有引用。
透过该美国专利公开第2007/0295383 A1号案中所指出在转换层中，必须采用纳米尺寸颗粒的荧光粉，在第一级辐射时排除的强烈的辐射光，所提及的转换器中吸收光不超过5％。事实上，该美国专利公开第2007/0295383 A1号案中仍然存在着一系列的不足：
--缺乏预期的提升高效率的光电系数；
--专利所提及的技术特征难以实现。
发明内容
本发明实现增加太阳能电池的有效系数，主要目的系提供制备单晶硅太阳能电池及多晶硅太阳能电池。该硅太阳能电池具有下列之优点：
--用最佳技术制造太阳能电池的结构；
--提升太阳能电池的导电参数；以及
--硅太阳能电池发光的最佳操作条件。
附图简述
对于所提及的解决方案的实施，本发明进一步揭示具体的技术内容，首先请参阅图式，其中：
图1为有关本发明硅太阳能电池的成份及结构图。
图2a及图2b为本发明的单晶硅太阳能电池的反射光谱图。
图3为本发明在激发波长为λ激发＝464纳米时，黄光荧光粉的光谱图。
图4为本发明在激发波长为λ激发＝464纳米时，铝酸盐荧光粉的辐射光谱图。
其中，主要组件符号说明如下：
硅片 1 底面 2
顶面 3 镀膜层 4
发光转换层 5 聚合物 6
无机荧光粉 7
【实施方式】
为符合本发明的目的以及确立的研究方向，对于提升硅太阳能电池的性能参数，所提及的有机硅聚合物及无机荧光粉颗粒的分布范围，其特征在于，有机硅聚合物含的分子为M＝10000～25000碳元素。引入的微型的荧光粉颗粒为铝酸盐、硅酸盐、磷酸盐、钒酸盐、硫氧化物以及其混合物重量比为0.01～10％，在硅太阳能电池表面的光谱转换层为0.01克/cm2。
如图1所示之硅太阳能电池成份结构图中：一块硅片1的厚度是180-360微米，外形尺寸为30*40mm，其具有底面2及顶面3之电极系统。在顶面3硅的表面覆盖薄的镀膜层4，其材料为氮化硅(Si3N4)，覆盖层位于薄P-N层上。发光转换层5系在镀膜层4之上，该发光转换层5由填充满无机荧光粉7的有机硅聚合物6组成。在无照明的硅元素成份中没有产生电功率，在太阳光的照明以及在人造发光点，如以日光灯的形式，具有以下的特效参数：
VOC-无负载电压，V
ISC-短路(闭合)电流密度，mA/cm2
FF-有效系数
η-电池绝对效率
η＝VOC·FF·ISC。
在表1中引用特殊的太阳能电极尺寸30*40mm，出自不同类型的硅太阳能电池。
表1
在发明的过程中可以得知，荧光粉在硅太阳能电池表面的发光转换器是以有机硅聚合物为主，其具有改变所有硅太阳能电池的导电系数及其发光系数。改变出自不同的原因，其主要原因可以划分为：
--作为有机硅聚合物化学成份的荧光粉在其表层形成(温度、粘性、固化时间)；
--无机氧化物荧光粉化学成份光谱图，其特殊的光谱以及荧光粉颗粒与聚合物质量的相互关系；以及
--所采用硅的类型。
发明人业已发现，对于在采用以多晶硅(Poly-Si)太阳能电池为主时，VOC系数增加了0.22～0.89％，并提升闭合电流密度0.22～0.89％，当增加整体电流值1.1～4.1％时，平均电池绝对效率在12％，改变了样本参数VOC＝0.5728V，ISC＝30.4077mA/cm2，更重要的改变了有效系数FF＝0.6884，改变前的平均值在FF＝0.6705，最大增至ΔFF＝15.24％。
发明人进一步发现，由有机硅聚合物在单晶硅表面的包覆及荧光粉组份可以提高电池绝对效率η＝1.46～20.38％，平均有效值提升至Δη＝+6.8％。在太阳能电池中主要是运用传统参数值的单晶硅为主，例如韩国第KP2007011205专利申请案中所示，其导电参数增至VOC＝0.5809V，FF＝0.7532，JSC＝33.8624毫安/cm2及电池绝对效率η＝14.5606。
在太阳能电池中对于非晶硅的使用非常少，因为实验数量及其采用是有限的，指出运用本发明时参数值超出原先的12—28％。
总结所有数据，可以肯定的说，在现阶段所提及的本发明的太阳能电池的硅成份具有更高的特殊效能，同样也增加了整体的有效参数。
本发明的太阳能电池组成在此试验中有一个出乎意料的实验结果，为了制成所提出的有机硅聚合物，其特征在于，其含有荧光粉的颗粒，例如紫外光谱激发的正硅酸盐荧光粉成份+2价激活剂Eu+2的化学计量式如下式所示：
(Me2+O)a(Si(O1-pCxDyEz)2)b
其中，
Me2+＝Ba2+和/或Sr2+和/或Ca2+和/或Mg2+和/或Eu2+，
C＝Hal＝F-和/或Cl-和/或Br-和/或I-，
D＝Chal＝S2-和/或Se2-，
E＝N3-，
p＝x/2+y+3z/2，
该荧光粉的化学计量比如以下的数值所示：0.0001≤X≤0.01，0.0001<y≤0.01，0.0001<z≤0.01，a＝1，2，3，8；b＝1，2，4，在太阳光辐射激发下，该荧光粉的辐射范围由λ1＝500nm至λ2＝660nm。
发明人将于下文中进一步阐述这一概念。首先，对于荧光粉的材料与激发光波长相比，外部辐射吸收下具有更长的辐射波长，此种荧光粉称之为《斯托克斯》材料。同样地，该荧光粉主要成份划分为：
--硫化物荧光粉；
--卤化物荧光粉；
--氮化物荧光粉；以及
--氧化物荧光粉。
有关属于氧化物荧光粉的材料，成份中其主要成份为氧与磷酸，硅酸盐，铝酸盐，阴离子及阳离子及激活元素。
在试验中所必须引入在光谱转换中之「转换成份」的数据，具体的正硅酸盐荧光粉成份系为(Ba，Sr，Ca，Mg)8Si4O15.4F0.2Cl0.1N0.3:Eu2+，该合成荧光粉采用知名的方法，例如本发明案之发明人Soshchin N.P.于2008年10月2日公开之第2008/0236667 A1号专利案所示，以及+2价激活离子Eu+2，其中的敏化离子VII族F-，Cl-及V族N3-。
采用的荧光粉样本可被紫外光激发，具有中位线粒径d50≤0.5微米及d90≤3.6微米，及绿色发光辐射波长λ＝521nm，荧光粉的辐射波长伸展至λ＝630nm，配置的有机硅聚合物成份包含所提及的硅酸盐荧光粉，系按常规引入在超音波搅拌器中，荧光粉的重量比为0.001～10％。发明人留意到，对于其引入的荧光粉，颗粒尺寸可增至d50＝5微米。
正如发明人所发现，在采用多晶硅时最佳荧光粉重量比为m＝0.6～1.3％。使用小颗粒直径的荧光粉，同样地，在多晶硅样本中数值应达到增加ΔVOC＝1.457％时m＝0.23％，当m＝1％时，ΔV＝1.281％，电流密度增加由0.96％至3.5％时，减少荧光粉的重量比由m＝2.6％至m＝0.98％，得到最佳的增长值FF，同样地ΔFF＝1％，取得了荧光粉的重量比为m＝1.2％。
单晶硅太阳能电池最大有效增长比率为ΔFF>10％，荧光粉的平均重量比为m＝0.8～1.6％。此内容典型引用在图2a与2b所示，比较多晶硅片的反射板以及随后组成发光转换层的操作方法。接着比较对照多晶硅薄板在短波波长激发范围内获得更小的反射，这样的下降，可能是荧光粉吸收的能量在次能带波长300～500nm，组成物的反射系数值为50～100％。
在原先单晶硅成份中发现类似降低效果的反射系数，其绝对值较低。对于非晶硅太阳能成份需要低荧光粉重量比的聚合物，在此太阳能电池中有效增长比率超过20％。该确切的数值在试验中得以证实，所建立的硅太阳能电池组份，发明人的观察，不仅是在上述的硅酸盐荧光粉上，同样地适用于采用两组类型的荧光粉。
发明人同样引用所提及的荧光粉为主，例如稀土元素铝及钇，激活剂为铈，其组成的化学计量式如下式所示：
Ln3Al5(O1-pCxDyEz)12
其中
Ln＝Y和/或Gd和/或La和/或Ce和/或Pr和/或Yb和/或Nd和/或Lu，
C＝Hal＝F-1和/或Cl-1和/或Br-1和/或I-1，
D＝Chal＝S2-和/或Se2-，
E＝N3-，
p＝x/2+y+3z/2，
该荧光粉化学计量比如以下的数值所示：0.0001≤x≤0.01，0.0001<y≤0.01，0.0001<z≤0.01。
类似的荧光粉辐射光谱在本案说明书所示的图4中揭露，其下列数值系所提及的荧光粉辐射由λ1＝490nm至λ2＝720nm时，激发光具有波长λ＝464nm，适合于最大太阳辐射光谱。
单晶硅反射光谱成份，系由引入铝酸盐荧光粉的有机硅聚合物所组成，如图2所示，对于在短波区域的波长反射系数复合涂层减少1.6-1.9倍。
在试验中铝酸盐荧光粉在黄色光谱区域的发光影响不多(效率增加了10％)，但是采用标准单晶硅太阳能成份下，由前述之第KP2007011205专利申请案所示，该黄色光谱区域效率可达到18-20％。此组可以提升参数的硅酸盐荧光粉成份，可技术性解决前述之美国专利公开第2007/0295383 A1号案所存在之缺陷。
还有一个技术解决系有关于硅太阳能电池的有机硅聚合物及含氧的荧光粉，对于在有机硅聚合物中引用的荧光粉颗粒，例如以稀土元素为主的钇，激活剂镱以及钕的化学计量式为：
Ln(P1-nVn)O4
其中Ln＝Y和/或Gd和/或La和/或Ce和/或Pr和/或Yb和/或Nd和/或Lu，该荧光粉化学计量比n的改变为0.0001<n≤0.6，在太阳光激发下，该荧光粉的辐射波长由λ1＝800nm至λ2＝1060nm。
对于相似的磷酸盐-钒酸盐荧光粉，特殊的光谱类似于发明人于2008年10月2日美国专利公开第2008/0236667 A1号案的描述，观察出其反射参数在λ1＝700nm至λ2＝1000nm的区域，荧光粉颗粒具有强烈的辐射吸收，接近红外线光谱区域。不同类型的硅太阳能电池中荧光粉的辐射具有增加700～1000nm的光能量。硅太阳能电池的最大光谱吸收外部的辐射区域是在1000～1200nm。磷酸盐及钒酸盐荧光粉在有机硅聚合物中的重量比为0.4～1.8％，荧光粉颗粒的中心粒径为d50≈0.8微米。
在硅太阳能电池薄板中所提及的荧光粉的再次辐射能量更大，此种情况下可以采用更厚的厚度(至360微米)的单晶硅薄板结构。
本发明的太阳能电池主要包括由单晶硅电池上覆盖的具有含氧的荧光粉与有机硅聚合物所组成的结构，其中引入了含氧的荧光粉颗粒，其所具有的化学计量式如下式所示：
Ln2O2S1-qC2q
其中Ln＝Y和/或Gd和/或La和/或Ce和/或Pr和/或Yb和/或Nd和/或Lu，C＝Hal＝F1-和/或Cl1-和/或Br1-和/或I1-，该荧光粉化学计量比为0.0001<q<0.5，且该荧光粉可被接近红外光区域的太阳光所激发。
根据发明人的观察，对于引进在该荧光粉中的含氧荧光粉成份，激活离子Yb3+，Nd3+及Ce3+的存在减少了单晶硅、多晶硅的表面反射，位于波长区域λ＝720nm至λ＝1100nm的反射，在接下来的图2a及图2b中详细分析了单晶硅薄板的光谱反射。反射系数对于短波区域降低了10～30％。如图2b所示，在λ＝840-860nm的区域中发光离子Yb+3明显的具有影响，其中可看出该离子的辐射，硅片薄板具有强烈的吸收，这种位于氧化硫荧光粉的辐射吸收同样可以使硅成份的电极参数相对增加4～16％。
这些有关于增加硅太阳能电池转换效率的实验数据不仅仅适宜于所提及的特殊的荧光粉，同时也适宜于其混合物、特别适宜于以硅酸盐、氧化硫为主的荧光粉，其混合比例为3：1至2：1。类似的荧光粉混合物在有机硅聚合物中的重量比为0.7～0.8％，达到电池绝对效率增加10.75％时，有效系数增加ΔFF＝4.05％。
所述的太阳能电池之优势在于所构成的发光转换器，该转换器以覆盖层形式与单晶硅，多晶硅，非晶硅太阳能电池相接触而组成，其转换层的覆盖厚度为δ＝0.5～18毫克/cm2，反射系数R减少至50％。
发明人发现，在图2a及图2b的数据中，在单晶硅，多晶硅太阳能电池表面的发光转换层的厚度改变为δ＝0.1～2.5mm时，使辐射激发反射系数R＝60％降至R＝31％。减少硅太阳能电池表面的反射系数，增加发光激活剂，在p-n结中产生电子和电洞，增加电子及电洞浓度，硅太阳能电池的电极参数理应增加。
发明人又发现，同样地特殊的发光转换器依附含氧无机荧光粉的分散。综上所述，对于可以采用在发光转换层中的微型荧光粉颗粒，其重量比低，因此有效提高太阳能电池的导电参数。发明人在实验时采用含氧的无机荧光粉，最佳的颗粒尺寸为d50<1微米，最好的结果是采用颗粒粒度为d50≤0.8微米的荧光粉(小于硅太阳能电池最大光谱波长)。曾在实验观察中发现源自于正硅酸盐，硼，铈，铕的纳米颗粒中及含铈的铝石榴石为d50≤0.2微米，荧光粉的最大颗粒直径在这里不能超过d97≤4微米，这样的颗粒在观察中具有凝聚性。因此，对于颗粒值的最佳选择为0.1≤d≤0.6微米。在这种情况下，硅太阳能电池的效率增加Δη＝15％。
类似于这样具有含氧成份的荧光粉及无机硅合成物构成的发光转换器具有高参数值时，其中无机荧光粉的颗粒尺寸，在发光转换器范围中的分布组成为d50≤0.8微米，d97<4微米，有机硅聚合物中最佳的荧光粉颗粒浓重量比为0.05～3％。
如上所述，本发明主要的特征在于，采用无机硅发光转换的转换器对于提升太阳能电池的参数相对于三个不同类型的硅组份分别为：
--单晶硅薄板的尺寸为6英寸；
--多晶硅薄板面积尺寸为12cm2；以及
--非晶硅薄板的面积尺寸为12cm2。
表2是针对三种不同类型的太阳能电池组份的参数引用说明。
表2
| 成份类型 | 电流JSC，A | 电压V0 | 有效系数FF | 电池绝对效率η | ％ | |
| 1 | 六英寸的单晶硅6-- | 5.07 | 0.624 | 0.725 | 15.4 | +14.2 |
| 2 | 六英寸的单晶硅6-- | 5.28 | 0.632 | 0.727 | 15.8 | +12.4 |
| 3 | 面积为12cm2的多晶硅 | 0.396 | 0.5826 | 0.6627 | 12.46 | +11.2 |
| 4 | 面积为12cm2的多晶硅 | 0.388 | 0.5887 | 0.6641 | 11.93 | +16.4 |
| 5 | 面积为12cm2的多晶硅 | 0.396 | 0.5902 | 0.674 | 13.02 | +5.4 |
| 6 | 面积为12cm2的多晶硅 | 0.388 | 0.566 | 0.6853 | 11.90 | +20.3 |
| 7 | 非晶硅片(α Si) | 0.201 | 0.494 | 0.468 | 7.8 | +19.6 |
| 8 | 标准的单晶硅6cm2 | 0.24 | 0.624 | 0.68 | 12.8 | 0 |
如表2中的数据所示，在增加导电参数比如VOC，ISC及FF时，所提及的在硅结构成份上具有不同形式的发光转换器的太阳能电池，具有11.2～20.3％范围的效率提升。
具体而言，发明人针对硅太阳能电池的发明研究，包含单晶硅组份，该电池具有无机硅聚合物及含氧荧光粉所构成的转换器，以及太阳能电池成份，主要的单晶硅尺寸为4英寸至6英寸，厚度为δ＝360微米，效率提升14％。
本发明的硅太阳能电池发明的第二个目标包括多晶硅，在有机硅聚合物上的发光转换层，其中该多晶硅成份厚度为δ＝220～360微米，面积为6～256cm2，效率提升11.5％。
本发明的硅太阳电池发明的第三个目标包括非晶硅及发光转换器，其中该非晶硅薄板α-Si厚度为δ＝16～32微米，效率增至7％。
本案所揭示者，乃较佳实施例之一种，举凡局部之变更或修饰而源于本案之技术思想而为熟习该项技艺之人所易于推知者，俱不脱本案之专利权范畴。
Claims (10)
1.一种有机硅聚合物，其系由热塑性聚合物及含氧的荧光粉聚集而成，其中有机硅聚合物成份的分子量范围为M＝10000～25000碳元素，引入在有机硅聚合物中颗粒状氧化合成物之荧光粉源自于正硅酸盐，铝酸盐，磷酸盐-钒酸盐及硫氧化物，其重量比为0.05～10％，并将其合成发光转换层且与硅太阳能电池的表面覆盖结合而成。
2.如权利要求1所述的有机硅聚合物，其中该有机硅聚合物在合成成份中引入硅酸盐荧光粉颗粒，其化学计量式如下式所示：
(Me2+O)a(Si(O1-pCxDyEz)2)b
其中，
Me+2＝Ba2+和/或Sr2+和/或Ca2+和/或Mg2+和/或Eu2+，
C＝Hal＝F-和/或Cl-和/或Br-和/或I-，
D＝Chal＝S2-和/或Se2-，
E＝N3-，
p＝x/2+y+3z/2，
该荧光粉化学计量比如以下的数值所示：0.0001≤x≤0.01，0.0001<y≤0.01，0.0001<z≤0.01，a＝1，2，3，8；b＝1，2，4，在太阳光辐射激发下，该荧光粉的辐射范围由λ1＝500nm至λ2＝660nm。
3.如权利要求1所述的有机硅聚合物，其中该有机硅聚合物在合成组份中引入了铝酸盐成份的荧光粉，其化学计量式如下式所示：
Ln3Al5(01-pCxDyEz)12
其中
Ln＝Y和/或Gd和/或La和/或Ce和/或Pr和/或Yb和/或Nd和/或Lu，
C＝Hal＝F-和/或Cl-和/或Br-和/或I-，
D＝Cha1＝S2-和/或Se2-，
E＝N3-，
p＝x/2+y+3z/2，
该荧光粉化学计量比如以下的数值所示：0.0001≤x≤0.01，0.0001<y≤0.01，0.0001<z≤0.01；此外，在太阳辐射光激发之下该荧光粉的辐射范围为λ1＝490nm至λ2＝720nm。
4.如权利要求1所述的有机硅聚合物，其中该有机硅聚合物所引用的合成荧光粉的颗粒，其化学计量式如下式所示：
Ln(P1-nVn)O4
其中
Ln＝Y和/或Gd和/或La和/或Ce和/或Pr和/或Yb和/或Nd和/或Lu，该荧光粉化学计量比n的改变为0.0001<n≤0.6，在太阳光激发下，该荧光粉的辐射领域由λ1＝800nm至λ2＝1060nm。
5.如权利要求1所述的有机硅聚合物，其中该有机硅聚合物所引用的合成荧光粉颗粒，其化学计量式如下式所示：
Ln2O2S1-qC2q
其中
Ln＝Y和/或Gd和/或La和/或Ce和/或Pr和/或Yb和/或Nd和/或Lu，C＝Hal＝F-和/或Cl-和/或Br-和/或I-，该荧光粉化学计量比为0.0001<q<0.5，且该荧光粉可被接近红外光领域的太阳光激发。
6.一种发光转换层，其包括如权利要求1所述的含荧光粉颗粒的有机硅聚合物，并以覆盖层的形式，与表层的多晶硅，单晶硅，非晶硅的太阳能电池的表面接触，该覆盖层厚度为δ＝0.5～3.8毫克/cm2，反射系数R小于50％。
7.如权利要求6所述的发光转换层，其中分布在该发光转换层范围内的荧光粉颗粒尺寸由d50≤0.8微米至d50>0.1微米，最佳的质量浓度为0.05～3％。
8.一种硅太阳能电池，其包括具有单晶硅的发光转换器，其所组成的发光转换器包含如权利要求6所述的发光转换层，该单晶硅尺寸为由4-6英寸，厚度为δ＝180～360微米，转换效率超过14％。
9.一种硅太阳能电池，其包括具有多晶硅的发光转换器，该发光转换器包含如权利要求6所述的发光转换层，该多晶硅薄板的厚度为δ＝220～360微米，效率提升γ＝11.5％。
10.一种硅太阳能电池，其包括具有非晶硅的发光转换器，该发光转换器包含如权利要求6所述的发光转换层，该发光转换器源自α-Si的硅薄膜，其厚度为δ＝16～32微米，效率提升7％。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CNA2008101803670A CN101418218A (zh) | 2008-11-25 | 2008-11-25 | 太阳能电池发光转换层及其无机荧光粉 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CNA2008101803670A CN101418218A (zh) | 2008-11-25 | 2008-11-25 | 太阳能电池发光转换层及其无机荧光粉 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN101418218A true CN101418218A (zh) | 2009-04-29 |
Family
ID=40629225
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CNA2008101803670A Pending CN101418218A (zh) | 2008-11-25 | 2008-11-25 | 太阳能电池发光转换层及其无机荧光粉 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN101418218A (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102074608A (zh) * | 2010-10-21 | 2011-05-25 | 罗维鸿 | 用于太阳能电池及其增效转换层 |
| CN104813484A (zh) * | 2012-09-28 | 2015-07-29 | 国家科学研究中心 | 具有高转换效率的光伏组件 |
-
2008
- 2008-11-25 CN CNA2008101803670A patent/CN101418218A/zh active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102074608A (zh) * | 2010-10-21 | 2011-05-25 | 罗维鸿 | 用于太阳能电池及其增效转换层 |
| CN102074608B (zh) * | 2010-10-21 | 2012-08-29 | 罗维鸿 | 用于太阳能电池及其增效转换层 |
| CN104813484A (zh) * | 2012-09-28 | 2015-07-29 | 国家科学研究中心 | 具有高转换效率的光伏组件 |
| CN104813484B (zh) * | 2012-09-28 | 2017-09-29 | 国家科学研究中心 | 具有高转换效率的光伏组件 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Li et al. | Tunable luminescence of Ce 3+/Mn 2+-coactivated Ca 2 Gd 8 (SiO 4) 6 O 2 through energy transfer and modulation of excitation: potential single-phase white/yellow-emitting phosphors | |
| Liu et al. | Composition and structure design of three-layered composite phosphors for high color rendering chip-on-board light-emitting diode devices | |
| Guo et al. | White-light emission from a single-emitting-component Ca 9 Gd (PO 4) 7: Eu 2+, Mn2+ phosphor with tunable luminescent properties for near-UV light-emitting diodes | |
| TWI390748B (zh) | Light energy of the battery efficiency film | |
| Yen-Chi et al. | Enhancing the performance of photovoltaic cells by using down-converting KCaGd (PO4) 2: Eu3+ phosphors | |
| Jia et al. | Mg 1.5 Lu 1.5 Al 3.5 Si 1.5 O 12: Ce 3+, Mn 2+: A novel garnet phosphor with adjustable emission color for blue light-emitting diodes | |
| Cai et al. | Selectivity of Mn 2+ ion occupancy and energy transfer of Ce 3+→ Mn 2+ ions in garnet solid solution | |
| CN101325238B (zh) | 白光发光二极管及其发光转换层 | |
| Zhang et al. | Preparation, electronic structure and photoluminescence properties of RE (RE= Ce, Yb)-activated SrAlSi 4 N 7 phosphors | |
| Kadam et al. | Eu (iii), Tb (iii) activated/co-activated K 2 NaAlF 6 host array: simultaneous approach for improving photovoltaic efficiency and tricolour emission | |
| JP2011181814A (ja) | 波長変換材料を有する封止材シートおよびこれを用いた太陽電池 | |
| Zhou et al. | Luminescence enhancement of CaMoO 4: Eu 3+ phosphor by charge compensation using microwave sintering method | |
| Lü et al. | Color tunable emission and energy transfer in Eu 2+, Tb 3+, or Mn 2+-activated cordierite for near-UV white LEDs | |
| CN1851918A (zh) | 白光二极管光源及其荧光粉的制法 | |
| CN101418218A (zh) | 太阳能电池发光转换层及其无机荧光粉 | |
| WO2016065725A1 (zh) | 荧光材料及其制造方法和包含该荧光材料的组合物 | |
| Yang et al. | Enhancement of thermal stability and reliability of green LuAG phosphors by appropriate Y substitution | |
| CN109628084A (zh) | 一种蓝色荧光粉及其快速制备方法 | |
| JP2013128153A (ja) | 封止材シートおよび太陽電池モジュール | |
| CN102504814B (zh) | 一种紫外光激发的直接白光荧光材料及其制备方法和应用 | |
| Liu et al. | Luminescent properties of Sr3B2O6: Eu2+ yellow-emitting phosphor for white light-emitting diodes | |
| Huang et al. | Efficiency improvement of solar cells by CaAlSiN3: Eu2+ and Y2O3: Eu3+ phosphors | |
| CN114196402B (zh) | 一种Eu掺杂超高显色硼磷酸盐及其制备方法与应用 | |
| Qian et al. | Effect on reliability and thermal stability of Ba x Sr 2− x SiO 4: Eu 2+ phosphor film for LED applications | |
| CN112126426B (zh) | 一种铝氮化物荧光材料、制备方法及应用和发光装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20090429 |