CN101787272A - 掺杂稀土离子的纳米荧光颗粒及其相关应用 - Google Patents

Abstract

提供了一种掺杂有稀土金属元素的纳米荧光颗粒，所述纳米颗粒的粒径为1-200nm，所述纳米颗粒包括：(a)纳米颗粒基质；(b)稀土金属离子。还提供了一种包含本发明所述纳米颗粒的太阳能电池。

Description

掺杂稀土离子的纳米荧光颗粒及其相关应用

技术领域

本发明涉及一种掺杂稀土元素离子的纳米荧光颗粒以及这种纳米颗粒在太阳能电池中的用途。

背景技术

全球科技与经济活动快速发展，致使人类能源需求激增，未来能源不足现象已浮现。化石燃料使用及排放对环境的污染更是已成为世界各国不容忽视的重大问题。取之不尽、用之不竭的太阳能是一种清洁、可再生的绿色环保能源。太阳能发电技术有利于净化环境、减少污染，是人类从根本上解决能源问题的重要途径。然而，太阳能电池的光电转换效率偏低，发电成本过高，称为制约太阳能电力广泛应用的瓶颈。其根本原因在于硅的光谱响应特性与太阳光谱分布不匹配。如图1所示：太阳光是由可见光、紫外光和红外光组成的辐射光，其光谱构成波长范围为280纳米(nm)～2500nm。晶体硅为间接带隙半导体，并非理想的太阳能电池材料。其带隙宽度为1.1电子伏特(eV)，截至吸收波长为1120nm，最大的光谱响应在600nm-980nm范围，而对太阳其他波段的光有非常低的响应或者无响应，造成很大的能量损失。因此，为了提高太阳能电池的发电效率，将浪费的太阳光转移到硅高响应率的可见光范围是弥补硅作为太阳能电池材料的局限性的一种有效的方式。

一些研究人员提出了利用荧光材料(例如有机发光分子、有机金属络合物和无机稀土材料)将太阳光波长转换到与硅的最高光谱相应范围，从而提高太阳能的能量转换效率。日本科学家们在专利JP2001352091中和JP 2000327715中分别提出利用有机荧光染料分子和有机金属络合物作为波长转换剂来提高太阳能电池的效率，然而，有机发光分子和有机金属络合物等基于有机材料天生易老化的缺陷，其耐紫外，耐热，耐候性都非常差，在太阳能电池工作的恶劣室外条件下非常容易老化，不仅本身很快失去了发光的效用，而且更加速了引发了太阳能电池组件的的老化和失效。而且，有机发光分子的吸收峰和荧光发光峰之间的斯托克位移(stoke shift)较小，吸收峰和荧光发光峰很大一部分都重叠在一起，致使大部分发出的荧光被再次吸收，却并不能被太阳能电池利用，反而影响了透光率。无机稀土材料虽然能够克服有机材料的易老化缺陷，但是目前已研究出的的若干无机稀土荧光材料，或者吸收或荧光效率极低，或者吸收发射光谱与太阳光谱不匹配，都不适合用于太阳能电池的波长转换。例如镧系稀土离子掺杂的卤化物和氟化物荧光粉，目前主要用在显示器上，其吸收峰在100nm附近的深紫外波段，远远超出了太阳能光谱的范围。Shalav等在APPLIED PHYSICS LETTERS 86，013505(2005)中提出用掺铒的氟化物作为荧光上转换剂提高太阳能电池的效率，但是，荧光上转换是非线性的光学过程，吸收几率和光转换的量子效率都很小。而且这些无机荧光粉粒径太大，严重影响了太阳能电池表面层的透光性，反而会进一步降低太阳能电池的能量转换效率。近年来，WO2007133344和CN101188255公开了纳米尺度的稀土无机颗粒作为太阳能电池的光转换剂，但是并没有解决吸收几率、荧光效率偏低的缺点和太阳光谱不匹配的问题。

因此，目前本领域急需一种新的用于波长转换的材料，能够高效的将太阳光中的紫外部分转换到与太阳能电池太阳能电池最大光响应区域，从而提高太阳能电池的效率；并且能保证而且用于太阳能电池时能够具有适当的其他性质，例如高透明性，稳定性、可加工性等等。

发明内容

为了解决上述技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种用于波长转换的纳米荧光材料，能够将太阳光波长转换到与太阳能电池最大光响应区，从而提高太阳能电池的效率。

本发明的另一目的是提供一种太阳能电池用的光转化层，其中填充有本发明所述的纳米荧光材料，以增加太阳能电池的发光效率。该光转换层可以由本发明中的纳米荧光颗粒涂布在太阳能电池硅面对光的表面、太阳能电池覆盖前板的内外表面、或者太阳能电池用聚光器的内外表面的透明波长转换薄膜，也可以是由本发明中的纳米荧光颗粒填充在太阳能电池覆盖前板、太阳能电池覆盖前板和太阳能电池电路之间的封装材料中、或者太阳能电池用聚光器中形成透明光转换层，如图2所示。

本发明一种掺杂有稀土金属元素的纳米颗粒，所述纳米颗粒的粒径为1-200nm，所述纳米颗粒包括：

(a)纳米颗粒基质；

(b)稀土金属离子。

在本发明的一个优选实例中，所述纳米颗粒选自氧化钛、氧化锆、氧化铪、氧化锌、氧化硅、氧化锡和氧化铟的一种或多种，或者由其中的两种或多种形成的壳核结构；所述纳米颗粒基质较好选自氧化钛、氧化锌、氧化硅、氧化锡和氧化铟中一个或多种；所述纳米颗粒基质更好选自氧化锌和/或氧化钛。

3在本发明的一个优选实例中，所述稀土金属离子选自包括钪、钇、镧、铈、镨、钕、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥的阳离子或其组合；所述稀土金属离子更好选自钐、铕、铽或其组合。

在本发明的一个优选实例中，所述纳米颗粒的粒径为10-150纳米，更好为10-100纳米，最好为10-50纳米。

在本发明的一个优选实例中，所述纳米颗粒基质和所述稀土金属离子的重量比为10∶1到1∶10，较好为8∶1到1∶8，更好为5∶1到1∶5，最好为2∶1到1∶2。

在本发明的一个优选实例中，所述纳米颗粒由固相法，沉淀法，水热法，溶胶-凝胶法，微乳法，燃烧法，喷雾热解法和气相法制备。

本发明另一方面提供了本发明所述的纳米颗粒在太阳能电池中的用途；优选的，所述用途为用于太阳光波长转换到与太阳能电池最大光响应区，从而提高太阳能电池的效率。

本发明另一方面提供了一种太阳能电池，它包括前板、背板和位于前板与背板之间的太阳能电池电路，其中所述太阳能电池包括本发明所述的纳米颗粒。

在本发明的一个优选实例中，所述太阳能电池包括前板、背板、位于前板与背板之间的太阳能电池电路、聚合物封装材料和聚光器，其中所述前板、前板、背板、位于前板与背板之间的太阳能电池电路、聚合物封装材料和聚光器中的至少一个或任意两者之间包括本发明所述的纳米颗粒。

本发明另一方面提供了一种用于太阳能电池的光转化层，所述光转换层包括本发明所述的纳米颗粒和透明聚合物和/或玻璃。

在本发明的一个优选实例中，所述透明聚合物包括聚甲基丙烯酸甲酯、聚醚酰亚胺、多聚赖氨酸、聚乙烯基吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚乙二醇、聚4乙烯基嘧啶、油酸、硬脂酸、有机硅、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚4-甲基戊烯、苯乙烯-丙烯腈共聚物、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、聚乙烯醇缩丁醛、乙烯-甲基丙烯酸共聚物的离子聚合物及其组合。

同现有技术相比，本发明中的纳米荧光颗粒不仅具有更高的荧光效率，其吸收峰和荧光峰分别位于紫外波段和可见波段，其间的斯托克位移宽达200-400nm，既可以有效的实现波长转换，避免荧光重复吸收，又不会与太阳能电池竞争对可见光的吸收。本发明中的纳米颗粒基质材料为宽带係半导体，具有很强的光吸收特性，其带係宽度大于或等于3eV，可以有效的吸收太阳光中小于410nm蓝紫外光，并将吸收的光能有效的转移给稀土离子，稀土离子吸收了能量，发出440nm-900nm的光辐射在太阳能电池表面，从而提高太阳能电池总的光转换效率而克服了有机发光材料的荧光再吸收的缺陷。

同现有技术相比，本发明中的纳米荧光颗粒的吸收和荧光峰的位置可以通过控制纳米颗粒的尺度和稀土离子的浓度灵活调节，以适应太阳光谱波长转换的需要。

同现有技术相比，本发明中的荧光颗粒为纳米尺度，纳米颗粒的特殊光散射性质可以有效的保证其依赖的太阳能组件中前表面介质的的高透明性，诸如太阳能电池玻璃或聚合物覆盖前板，前板和太阳能电池电路之间的封装材料，及太阳能电池电路中形成光转换层，并引起了对蓝紫外光的瑞利多重散射，起到荧光增强的效果。

同现有技术相比，本发明中的荧光颗粒具有紫外吸收特性的无机材料，本身具有高稳定性的优点，还可以有效的保证太阳能组件的耐紫外和耐老化性。

同现有技术相比，本发明的纳米荧光材料具有更好的可加工性能，从而保证本发明的纳米荧光材料能够与用于太阳能电池的材料一起混合和加工。

附图简述

下面结合附图更详细地说明本发明。附图中：

图1是太阳辐射光谱的波长分布曲线和结晶硅太阳能电池对太阳的光谱响应曲线示意图；

图2是本发明较佳实施例的结晶硅太阳能电池板的示意图；其中1为玻璃片，2为透明聚合物，3为电极，4为晶体硅，5为电极，6为聚合物后板，7为荧光纳米颗粒；

图3是本发明一个实施例1纳米荧光颗粒的吸收-发射光谱和结晶硅太阳能电池对太阳的光谱响应曲线图；

图4是本发明一个实施例7的波长转换透明层的透射光谱图。

具体实施方式

本文所公开的“范围”以下限和上限的形式。可以分别为一个或多个下限，和一个或多个上限。给定范围是通过选定一个下限和一个上限进行限定的。选定的下限和上限限定了特别范围的边界。所有可以这种方式进行限定的范围是包含和可组合的，即任何下限可以与任何上限组合形成一个范围。例如，针对特定参数列出了60-120和80-110的范围，理解为60-110和80-120的范围也是预料到的。此外，如果列出的最小范围值1和2，和如果列出了最大范围值3，4和5，则下面的范围可全部预料到：1-3、1-4、1-5、2-3、2-4、和2-5。

在本发明中，术语“太阳能电池电路”包括受光照能产生电流的各种电池或电池模块，可根据具体用途的要求对多块所述太阳能电池模块进行组合以获得所需的电功率、电压、电流等。本发明太阳能电池电路的非限定性例子有例如单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池、纳米硅太阳能电池、非晶体硅太阳能电池、薄膜太阳能电池、染料敏化太阳能电池等。

在本发明中，除非有其他说明，组合物的各组分的含量范围以及其优选范围之间可以相互组合形成新的技术方案。

在本发明中，除非有其他说明，“其组合”表示所述各元件的多组分混合物，例如两种、三种、四种以及直到最大可能的多组分混合物。

在本发明中，除非有其他说明，“稀土”、“稀土元素”或者“稀土金属元素”等类似表述都指元素周期表中的镧系元素以及钪、钇，即钪(Sc)、钇(Y)、镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Tb)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)、镥(Lu)。稀土元素常用RE表示。

在本发明中，术语太阳能电池板的“前板”是指在位于太阳能电池受光一侧表面上的外层表面板，所述前板具有第一表面和第二表面。所述前板的第一表面是一个受光表面，使用时它面朝太阳的方向；所述前板的第二表面邻近太阳能电池的太阳能电池电路放置。

在本发明中，术语用于构成前板的“塑料”是指任何法向透光度(对于波长为350-1150nm的光线)大于88％，较好大于92％，更好大于96％的聚合物材料。这种聚合物材料的非限定性例子有例如含氟聚合物，如聚全氟乙丙烯共聚物、乙烯-四氟乙烯共聚物、四氟乙烯-全氟烷氧基乙烯基醚共聚物、四氟乙烯-六氟丙烯-偏二氟乙烯共聚物、聚偏二氟乙烯、聚三氟氯乙烯、乙烯-三氟氯乙烯共聚物；液晶聚合物；聚对苯二甲酸乙二醇酯；聚萘二甲酸乙二醇酯；聚甲基丙烯酸酯，如聚(甲基)丙烯酸甲酯、聚(甲基)丙烯酸乙酯；聚碳酸酯；乙烯-乙烯醇共聚物；聚氨酯等以及它们的两种或多种形成的层压物。

在本发明中，术语用于构成背板的“塑料”是指能向太阳能电池板提供结构支持的任何聚合物材料。这种聚合物材料的非限定性例子有含氟聚合物，如聚全氟乙丙烯共聚物、乙烯-四氟乙烯共聚物、四氟乙烯-全氟烷氧基乙烯基醚共聚物、四氟乙烯-六氟丙烯-偏二氟乙烯共聚物、聚偏二氟乙烯、聚三氟氯乙烯、乙烯-三氟氯乙烯共聚物；液晶聚合物；聚对苯二甲酸乙二醇酯；聚萘二甲酸乙二醇酯；聚甲基丙烯酸酯，如聚(甲基)丙烯酸甲酯、聚(甲基)丙烯酸乙酯；聚碳酸酯；乙烯-乙烯醇共聚物；聚氨酯等以及它们的两种或多种形成的层压物。

在本发明中，除非有其他说明，所有“份”和百分数(％)都指重量百分数。

在本发明中，除非有其他说明，所有组合物中各组分的百分数之和为100％。

在本发明中，除非有其他说明，数值范围“a-b”表示a到b之间的任意实数组合的缩略表示，其中a和b都是实数。例如数值范围“0-5”表示本文中已经全部列出了“0-5”之间的全部实数，“0-5”只是这些数值组合的缩略表示。

在本发明中，除非有其他说明，整数数值范围“a-b”表示a到b之间的任意整数组合的缩略表示，其中a和b都是整数。例如整数数值范围“1-N”表示1、2……N，其中N是整数。

本发明一方面提供了一种掺杂有稀土金属元素的纳米颗粒，所述纳米颗粒的粒径为1-200nm，所述纳米颗粒包括：

(a)纳米颗粒基质；

(b)稀土金属离子。

在本发明中，所述纳米颗粒基质是常规的，本领域的普通技术人员根据现有技术可以直接确定哪些纳米颗粒基质可用于本发明。在本发明的一个优选实例中，所述纳米颗粒基质选自氧化钛(TiO₂)、氧化锆(ZrO₂)、氧化铪(HfO₂)、氧化锌(ZnO)、氧化硅(SiO₂)、氧化锡(SnO₂)和氧化铟(In₂O₃)的一种或多种，或者由其中的两种或多种形成的壳核结构。在本发明的一个优选实例中，所述纳米颗粒基质选自氧化锌(ZnO)、氧化锡(SnO₂)、氧化钛(TiO₂)和氧化硅(SiO₂)中一个或多种。在本发明的一个优选实例中，所述纳米颗粒基质选自氧化锌(ZnO)和/或氧化钛(TiO₂)。在本发明的另一个优选实例中，所述纳米颗粒基质是任意的市售产品，例如西格玛奥德里奇公司的纳米LUDOX SiO₂、TiO₂、ZrO₂、ZnO、SnO₂和In₂O₃。

在本发明中，所述稀土金属离子是常规的，它可以是任意的稀土金属粒子。在本发明的一个优选实例中，所述稀土金属离子包括钪(Sc)、钇(Y)、镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Tb)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)、镥(Lu)的阳离子或其组合。在本发明的另一个优选实例中，所述稀土金属离子包括钐(Sm)、铕(Eu)或其组合。

在本发明中，所述纳米荧光颗粒的粒径一般为1-200纳米，较好为10-150纳米，更好为10-100纳米，最好为10-50纳米。

在本发明中，所述纳米颗粒基质和稀土金属离子的相对量是常规的，本领域的普通技术人员根据现有技术可以直接确定纳米颗粒基质和稀土金属元离子的相对量。在本发明的一个优选实例中，所述纳米颗粒基质和稀土金属离子的重量比为10∶1到1∶10，较好为8∶1到1∶8，更好为5∶1到1∶5，最好为2∶1到1∶2。

在本发明中，形成掺杂稀土金属离子的纳米颗粒的方法在本领域中是已知的，本领域的普通技术人员根据现有技术的描述可以直接得到具体的制备方法。所述方法包括但不限于固相法，沉淀法，水热法，溶胶-凝胶法，微乳法，燃烧法，喷雾热解法和气相法。

本发明还提供一种本发明所述的掺杂有稀土金属离子的纳米颗粒在太阳能电池中的用途，具体是用于太阳光波长转换到与太阳能电池最大光响应区，从而提高太阳能电池的效率。

本发明所述的掺杂有稀土金属离子的纳米颗粒可直接施加到太阳能电池板中，或者与透明聚合物共混后形成光转化层在施加到太阳能电池板中。

在本发明的一个实例中，本发明所述的掺杂有稀土金属离子的纳米颗粒直接涂布在太阳能电池电路表面上，具体可以采用旋涂、喷涂、化学沉积、电化学沉积或者丝网印刷等方法。

在本发明的另一个实例中，本发明所述的掺杂有稀土金属离子的纳米颗粒填充在太阳能电池前板玻璃覆盖层中，具体可以采用高温熔融的工艺直接加工成透明玻璃。

在本发明的另一个实例中，本发明所述的掺杂有稀土金属离子的纳米颗粒填充在太阳能电池前板聚合物覆盖层中，具体可以采用熔融共混、原位聚合法、溶胶-凝胶法等。

在本发明的另一个实例中，本发明所述的掺杂有稀土金属离子的纳米颗粒填充在太阳能电池的前板和太阳能电池电路之间的聚合物封装层中，具体可以采用熔融共混、原位聚合法、溶胶-凝胶法等。

在本发明的另一个实例中，本发明所述的掺杂有稀土金属离子的纳米颗粒与透明聚合物一起涂布在太阳能电池玻璃前板的内或外表面形成透明的波长转换薄膜，具体可以采用旋涂、喷涂、化学沉积、电化学沉积或者丝网印刷的方法。

在本发明的另一个实例中，本发明所述的掺杂有稀土金属离子的纳米颗粒与透明聚合物一起涂布在太阳能电池聚合物前板的内或外表面形成透明的波长转换薄膜，具体可以采用旋涂、喷涂、化学沉积、电化学沉积或者丝网印刷的方法。

在本发明的另一个实例中，本发明所述的掺杂有稀土金属离子的纳米颗粒与透明聚合物一起涂布在太阳能电池电路表面上形成透明的波长转换薄膜，具体可以采用旋涂、喷涂、化学沉积、电化学沉积或者丝网印刷的方法。

在本发明中，所述透明聚合物是常规的，它可以是本领域中常用的任意透明聚合物。在本发明的一个优选实例中，所述透明聚合物选自聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚醚酰亚胺(PEI)、多聚赖氨酸(PLL)、聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)、聚乙烯醇(PVA)、聚乙二醇(PEG)、聚4乙烯基嘧啶(P4VP)、油酸，硬脂酸、有机硅、聚苯乙烯(PS)、聚碳酸酯(PC)、聚4-甲基戊烯(TPX)、苯乙烯-丙烯腈共聚物(SAN)、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物(EVA)、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、乙烯-甲基丙烯酸共聚物的离子聚合物(Surlyn)。

本发明另一方面提供了一种太阳能电池用的光转化层，所述光转换层包括本发明所述的掺杂稀土金属离子的纳米颗粒和透明聚合物。

本发明还提供了一种太阳能电池，它包括前板、背板和位于前板与背板之间的太阳能电池电路，其中太阳能电池包括本发明所述的掺杂稀土金属离子的纳米颗粒。

本发明太阳能电池板的制造方法可以是本领域任何常规的制造方法。在本发明的一个实例中，使用中国专利CN02143582.0公开的太阳能电池板的制造方法。

下面结合实施例进一步说明本发明，但是可以理解本发明并没有局限于此。

本发明中的纳米颗粒的粒径大小可以用JSM-6700F扫描电子显微镜(SEM)测定。

本发明中的纳米颗粒和光转换层的光致荧光谱用Hitachi F-4500荧光光谱仪测量，用氙(Xe)灯做激发光源。吸收谱用Hitachi U-2910紫外可见分光光度计测量。透射光谱用Perkin Elmer Lambda 950紫外/可见/近红外分光光度计测量。所有的测量都是在室温下进行的。

实施例1

制备稀土铕(Eu)掺杂的二氧化锡(SnO₂)纳米颗粒：将2mol SnCl₄·5H₂O和0.1mol EuCl₃溶于1L去离子水中。在搅拌条件下滴入沉淀剂2mol NH₄OH到滴入SnCl₄·5H:O和EuCl₃的溶液中，控制终点pH值为4，制得二氧化锡前体的溶胶，室温下放置24小时老化。用去离子水洗涤抽滤除去胶体中的Cl离子。然后于80℃加热获得透明纳米SnO₂粘稠液。然后放入马弗炉中500℃下焙烧2小时得到Eu掺杂的SnO₂的纳米颗粒，其粒径范围为2nm-10nm。

实施例2

制备稀土钐(Sm)掺杂的二氧化锌(ZnO)纳米颗粒：将0.3克氧化钐(Sm₂O₃)溶解在20mL HNO₃中得到氧化钐的硝酸溶液；将9.7克Zn(NO₃)₂·6H₂O溶于水中制得硝酸锌的水溶液。将两种溶液混合，磁力搅拌加热1.5小时，然后蒸发过量的硝酸，至pH值呈中性，接着冷却至室温后。逐滴滴入10mL的氨水，使溶液充分沉淀，用去离子水多次洗涤至pH呈中性。将沉淀物于120℃干燥2h，并在800℃的高温炉中退火3h。冷却研磨后，得到ZnO:Sm纳米颗粒，平均粒径为80nm。

实施例3

制备稀土鋱(Tb)掺杂的二氧化钛(TiO₂)纳米颗粒：将1ml钛酸四正丁酯溶于20ml乙醇，然后加入0.2ml乙酸铕(Eu(CH₃COO)₃·6H₂O)的去离子水溶液。Eu离子与TiO₂的摩尔比为5％。室温下磁力搅拌3小时，然后120℃加热6小时，将得到的沉淀物用离心机离心并用乙醇反复洗涤后50℃下干燥。然后放入马弗炉中600℃下煅烧2小时，煅烧温度升温速率为4℃/min.得到Tb掺杂的TiO₂的纳米颗粒，平均粒径为10nm。

实施例4

制备稀土钐(Sm)和铕(Tb)共掺杂的二氧化硅(SiO₂)纳米颗粒：将1ml的0.1m/l的Sm(EDTA)溶液和1ml的0.1m/l的Eu(EDTA)溶液混合后，加入正硅酸四乙酯(TEOS)，搅拌10分钟成透明乳液，然后加入25％浓度的1ml氨水，常温下搅拌8小时。加入80ml丙酮，然后离心，得到沉淀物，将沉淀物用离心机离心并用乙醇反复洗涤后防入烘箱，60℃下干燥5小时，得到钐(Sm)和铕(Tb)共掺杂的二氧化硅(SiO₂)纳米颗粒，平均粒径为30nm.

实施例5

制备太阳能电池用的实施例3的TiO₂:Tb的纳米粒子掺杂聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)透明光波长转换薄膜：将1％的PMMA的丙酮溶液与TiO₂:Tb的纳米粒子的乙醇溶液混合，按该甲基丙烯酸甲酯德的重量计TiO₂:Tb纳米粒子的量为2000ppm。将混合溶液在室温下快速搅拌24小时，使得纳米粒子均匀分散在PMMA里面。使用匀胶机将纳米粒子和PMMA的混合溶液涂覆在12.5cmX12.5cm的单晶硅太阳能电池电路表面，转速为2000r/min。然后再室温下干燥24小时，再放置于60℃真空条件下烘烤2小时除去残余的溶剂，形成透明的光学薄膜于单晶硅太阳能电池电路表面。

实施例6

制备太阳能电池用的ZnO:Sm的纳米粒子涂层的透明光波长转换玻璃前板：将石英玻璃基片依次用丙酮、乙醇和去离子水超声清洗，烘干后浸入实施例2所得ZnO:Sm的纳米颗粒5％的乙酰丙酮分散液，静置10分钟，垂直向上迅速提拉，然后将所形成的湿膜在空气中自然干燥24小时。接着350℃条件下煅烧30分钟，形成500nm厚的透明的光学薄膜在石英玻璃表面，然后将玻璃放置于单晶硅太阳能电池表面制成太阳能电池组件。

实施例7

制备太阳能电池用的SnO₂:Eu的纳米粒子掺杂的透明光波长转换封装层：将乙烯-乙酸乙烯共聚物树脂(EVA)和和按该乙烯-乙酸乙烯酯共聚物树脂的重量计，5000ppm的交联固化剂2，5-二甲基-2，5-双(叔丁基过氧)乙烷，1000ppm的抗氧剂三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯、1000ppm的受阻胺类光稳定剂双(1-辛氧基-2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)癸二酯、500ppm的增粘剂γ-氨基酸三乙氧基硅烷和1000ppm的实施例1的SnO₂:Eu的纳米粒子用挤出机共混挤出，然后流延、冷却制成纳米荧光颗粒掺杂的厚度为300-600微米厚的透明薄膜。纳米颗粒SnO₂:Eu与EVA复合薄膜的荧光光谱和吸收光谱如图3所示。其透射光谱如图4所示。然后采用真空层压法将玻璃、EVA、太阳能电池、EVA、背板热压，成型制成太阳能电池组件。

Claims (10)

1.一种掺杂有稀土金属元素的纳米颗粒，所述纳米颗粒的粒径为1-200nm，所述纳米颗粒包括：

(a)纳米颗粒基质；

(b)稀土金属离子。

2.如权利要求1所述的纳米颗粒，其特征在于所述纳米颗粒选自氧化钛、氧化锆、氧化铪、氧化锌、氧化硅、氧化锡和氧化铟的一种或多种，或者由其中的两种或多种形成的壳核结构；所述纳米颗粒基质较好选自氧化钛、氧化锌、氧化硅、氧化锡和氧化铟中一个或多种；所述纳米颗粒基质更好选自氧化锌和/或氧化钛。

3.如权利要求1所述的纳米颗粒，其特征在于所述稀土金属离子选自包括钪、钇、镧、铈、镨、钕、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥的阳离子或其组合；所述稀土金属离子更好选自钐、铕、铽或其组合。

4.如权利要求1所述的纳米颗粒，其特征在于所述纳米颗粒的粒径为10-150纳米，更好为10-100纳米，最好为10-50纳米。

5.如权利要求1所述的纳米颗粒，其特征在于所述纳米颗粒基质和所述稀土金属离子的重量比为10∶1到1∶10，较好为8∶1到1∶8，更好为5∶1到1∶5，最好为2∶1到1∶2。

6.如权利要求1所述的纳米颗粒，其特征在于所述纳米颗粒由固相法，沉淀法，水热法，溶胶-凝胶法，微乳法，燃烧法，喷雾热解法和气相法制备。

7.权利要求1所述的的纳米颗粒在太阳能电池中的用途；优选的，所述用途为用于太阳光波长转换到与太阳能电池最大光响应区，从而提高太阳能电池的效率。

8.一种太阳能电池，它包括前板、背板和位于前板与背板之间的太阳能电池电路，其中所述太阳能电池包括权利要求1所述的纳米颗粒。

9.如权利要求8所述的太阳能电池，其特征在于，所述太阳能电池包括前板、背板、位于前板与背板之间的太阳能电池电路、聚合物封装材料和聚光器，其中所述前板、前板、背板、位于前板与背板之间的太阳能电池电路、聚合物封装材料和聚光器中的至少一个或任意两者之间包括权利要求1所述的纳米颗粒。

10.一种用于太阳能电池的光转化层，所述光转换层包括权利要求1所述的纳米颗粒和透明聚合物和/或玻璃；优选地，所述透明聚合物包括聚甲基丙烯酸甲酯、聚醚酰亚胺、多聚赖氨酸、聚乙烯基吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚乙二醇、聚4乙烯基嘧啶、油酸、硬脂酸、有机硅、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚4-甲基戊烯、苯乙烯-丙烯腈共聚物、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、聚乙烯醇缩丁醛、乙烯-甲基丙烯酸共聚物的离子聚合物及其组合。

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