[发明专利]利用半导体量子点制造彩色太阳电池的方法

说明书

技术领域

本发明涉及光电材料领域，尤其涉及了一种制造彩色太阳电池(即彩色太阳能电池)的方法。

背景技术

能源是社会经济的重要支撑，随着社会的不断发展，能源问题越来越受到人们的高度关注。目前，人们所需能源的很大一部分来源于化石能源，但是化石燃料燃烧过程中所造成的环境污染和温室效应以及其日趋枯竭的蕴藏量，正在制约着人们的生产和生活。建筑能耗在人们所消耗能源中占相当大的比例，据专家预计，到2020年，建筑能耗将占总能耗的30％，并呈现上升的势头。为了缓解能源和环境压力，人们积极寻求可再生能源，这其中太阳能最受青睐。太阳能以其清洁、蕴藏量巨大、可持续性和便利等特点成为过去几十年来重点研究和发展的对象，整个世界的太阳能产业也随之得到迅猛的发展，而太阳能光伏产业是太阳能产业中最重要的一部分。将太阳能的发展和建筑相结合成为解决当前建筑能耗问题的重要举措。

但是这两者的结合并非易事。太阳电池利用光生伏特效应将光能直接转化为电能，而太阳电池表面的颜色通常为黑色、蓝色、蓝黑色和红褐色，这些颜色单调而且非常暗淡。建筑美学要求建筑既能满足人们生产生活的必备需求，又能满足人们对优雅、舒适怡人环境的追求；既壮美又秀美；既富有线条之美，又富有韵律节奏之美；要求人们在整体设计布局时既能够做到构化一新、壮丽动人、色彩绚丽，又能够使得各个部分相互协调。太阳电池本身的色彩缺陷与人们对建筑美学的需求之间存在矛盾，这要求人们在将太阳能与建筑相结合时，一方面需要保存太阳电池的光电转换功能，另一方面必须采取措施，使其符合人们对感观的美学要求。

为了解决建筑美学方面的问题，人们积极进行了工艺的改进，设计了几种彩色太阳电池的制造方案。

这其中最常用的是通过改变减反射层的厚度来实现的，当减反射层的厚度被调整到所需颜色的半波长的整数倍时，就能获得相应颜色的太阳电池片，但是这种工艺存在三方面的问题：(1)工艺调整所造成的制造成本上升；(2)呈现某种颜色的太阳电池不能吸收该种颜色的太阳光，这会使得太阳电池的光电转换效率下降；(3)可塑性不强，在同一太阳电池片的不同区域制造出不同的颜色时，难度非常大。

有的公司选择在太阳电池的顶部设置一层彩色并且透明的材料。这种方法的问题在于很难保证材料彩色的鲜艳程度和入射太阳光的透过程度都很好，可能会出现两种情况：(1)太阳光的穿透程度很高，对太阳电池的转换效率的影响很少，但是其彩色显然不能满足人们对建筑美学的需求。(2)太阳光的穿透程度不高，太阳电池色彩鲜艳，能满足人们对建筑美学的需求，但是对太阳电池的转换效率有不利的影响。

公开号为CN1452790A的荷兰阿克佐诺贝尔有限公司的专利申请提出了提出了一种彩色太阳电池的制造工艺，其方法是在太阳电池片不产生能量的区域覆盖彩色染料。但是在如此有限的区域进行电池片的彩色设计，既难保证彩色的鲜艳程度，也难符合建筑美学中色彩多样性的要求。除此之外，彩色染料的稳定性差，很难保证符合长期使用的要求。

发明内容

本发明提供了一种成本低、工艺简单的彩色太阳电池(即彩色太阳能电池)制造方法，得到的彩色太阳电池性能稳定。

一种利用半导体量子点制造彩色太阳电池的方法，包括：玻璃盖板、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物层、电池片以及位于电池片下方的保护材料层的制备，其特征在于，在所述的玻璃盖板的下表面、所述的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物层的表面或电池片的上表面，涂覆由半导体量子点分散在有机溶剂中形成的墨水，有机溶剂挥发后，形成均匀覆盖的半导体量子点层，再通过光子的激发，使半导体量子点层发光形成太阳电池呈现色彩区域；再进行封装。

所述的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物层的表面可以为乙烯-醋酸乙烯酯共聚物层的上表面，也可以为乙烯-醋酸乙烯酯共聚物层的下表面。

本发明通过在太阳电池相应的层上覆盖半导体量子点层，再通过光子的激发，使半导体量子点层发光，形成太阳电池呈现色彩的区域。

本发明利用半导体量子点的发光特性，通过覆盖的区域和覆盖的厚度的调整，得到彩色太阳电池。太阳电池表面的半导体量子点层化学性质稳定，可以在温度、湿度等条件比较苛刻的场所使用。

不仅如此，通过光子的激发，半导体量子点层的光致发光效率非常高。优选的发光效率大于15％。

本发明中所述的光致发光是指半导体量子点受到能量比较高的光子激发时，半导体量子点吸收入射光子的能量，价带中的电子被激发进入导带，相应地在价带产生空穴，从而产生电子-空穴对。导带中的高能电子经过驰豫后会与价带中的空穴发生辐射复合，从而产生能量与该量子点的禁带宽度相同的光子。