[发明专利]用于太阳能电池及其增效转换层

说明书

技术领域

本发明涉及绿色能源的太阳能电池技术领域，特别是涉及具有发光转换层的多晶硅太阳能电池。

背景技术

硅制太阳能电池可分成三类：单晶硅、多晶硅、及非晶硅。对于单晶硅与多晶硅，太阳能电池中可移动的带电载体包括电子和电洞，但两者在硅芯片中电子和电洞数量不同：单晶硅具有高度的晶格规律性，晶格缺陷和杂质极少，使得电子的跃迁迁移性非常高；多晶硅属于不均匀而多相的，通常在单独的电子模块增长之间具有较大的数值边界划分，使得多晶硅中带电载体的可移动性较单晶硅可能要小10倍。

单晶硅太阳能电池的效率极限为η＝24％，而多晶硅通常所能测得的效率极限是η＝12-13％；而由成本的考虑上，多晶硅的材料成本通常比单晶硅便宜2.8-3.5倍，其功率成本也相差2.2-3.5倍。本发明的主要目标，即为以多晶硅太阳能电池使太阳光能源的取得成本更低。

太阳辐射光谱与硅材料本身的光谱灵敏度存在着显著的差异，此为重要而应考虑的另一因素。在图1的太阳光谱图中，最大辐射位于波长470nm处，整个辐射光谱由远红外区域(＞1000nm)延伸到紫外光区域(地球大气吸收太阳光波长＜290nm的光辐射区域)，而与图2硅芯片的感光光谱相比较可看出，硅最灵敏的波长为1020nm，与硅1.20eV(电子伏特)的禁带能隙(Energy gap)相符；而太阳光谱的最大辐射波长为470nm，相对应的量子能量2.8eV，当硅吸收此波长的太阳光子时，一半以上的能量(1.6eV)将损耗于硅芯片的加热，这称为热损失。而许多太阳辐射光子的能量小于硅能隙(1.20eV)，无法激发硅芯片的电子电洞对，而被吸收后转换成热的形式加热硅芯片，这也减少带电载体的收集系数。另外，当太阳光由空气入射硅芯片，二者的折射率差异造成太阳光的反射损失；通常可采用Si₃N₄或SiO₂镀膜来减少此损失，但无法完全消除之。多晶硅太阳能电池也有这三种形式的损失效应，加上其多模块的结构缺陷，使得效能又比单晶硅降低60-80％，至今并没有可靠又有效的方法来提升多晶硅太阳能电池的效率。

中国专利申请案CN200810089003对太阳光谱以及单晶硅的感光光谱进行分析，而引入填充荧光粉的发光转换层，可将单晶硅太阳能电池的效率提升15-20％。但此机制对于多晶硅太阳能电池，造成非常大的带电载体扩散损失及低效率。

韩国专利申请案KR20070112051提出对于多晶硅电池采用两种合成发光转换层，在该发光转换层中掺填红外线荧光粉，其激活剂为Yb及Er，可吸收太阳辐射红外线的光谱区域，而再发出红色光，因而增加多晶硅电子电洞对的数量及其效率。该发光转换层另掺填自导电的纳米碳管以加强收集带电载体，而有效地将多晶硅太能电池效能提升20-48％；但其缺点是结合纳米碳管与红外线荧光粉，可能会导致多晶硅片上的转换层厚度不均匀。

发明内容

因此，为解决现有技术的缺点，提高多晶硅太阳能电池的效率，提高转换层在多晶硅基板上厚度的均匀性，以及降低太阳能电池的成本，本发明的主要目的是提供一种用于多晶硅太阳能电池的发光转换层，包括：硅粉；以稀土族氧卤化物为基质的荧光粉，荧光粉的激发原子选自Yb、Er、Ho；及均匀掺填有该硅粉及该荧光粉的聚合物。该发光转换层将太阳光中的短波及红外光辐射移转至波长范围610nm至800nm的光谱区域，以低成本的方式提升多晶硅太阳能电池的效率。

在本发明的发光转换层中，该硅粉的粒径为10nm至50nm。

在本发明的发光转换层中，该硅粉受太阳光短波辐射的激发，而发出波长范围为610nm至800nm的光。

在本发明的发光转换层中，该稀土族氧卤化物为LaOF或YOCl。

在本发明的发光转换层中，该荧光粉的粒径为50nm至200nm。

在本发明的发光转换层中，该荧光粉受波长范围950nm至1100nm的红外光辐射的激发，而发出波长范围为610nm至680nm的红色可见光。

在本发明的发光转换层中，该聚合物是以硅氧烷树脂及环氧树脂所合成，其分子量为15000至25000。

在本发明的发光转换层中，该发光转换层的厚度为50至200微米。

在本发明的发光转换层中，以发光转换层的总重量计，硅粉和荧光粉的总含量为10重量％以下，优选0.2-2重量％，该硅粉与该荧光粉的重量比为1∶8-5∶1，优选1∶5-5∶1。