[发明专利]基于三碘化铯锡的荧光聚光太阳能电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能能源领域，尤其是指一种基于三碘化铯锡的荧光聚光太阳能电池及其制备方法。

背景技术

三碘化铯锡CsSnI₃化合物的研究始于1974年，斯凯夫（Scaife）等人首次对粉状CsSnI₃进行了结构分析，之后莫尔斯贝格（Mauersberger）和休伯（Huber）等研究组独立合成和标定了黄色针状的CsSnI₃微晶。但直到1991年，CsSnI₃多晶体才被发现：该多晶体因呈现黑色光泽，故被称为黑CsSnI₃。黑CsSnI₃是通过将黄色CsSnI₃微晶加热到425 K以上相变得到。通过对不同温区的结构和晶相X光分析，黑CsSnI₃晶体的三种不同晶体结构被确定：在450K时呈现理想的立方钙钛矿结构（α相），当冷却到426K时，其晶体向四角结构（β相）转化，而在351K时变为斜方结构（γ相）。直到最近，博列洛等人根据前人得到的的晶体结构数据利用第一性原理计算了三种晶体的电子结构，确认这三种晶体相都具有直接带隙，并且Eg(α) < Eg(β) < Eg(γ)。

钙钛矿结构的三碘化铯锡CsSnI₃及其衍生化合物均具有与太阳光谱非常匹配的直接带隙（1.3eV至1.4eV），其合成原材料在自然界大量存在、无毒且便于加工。由于强激子相互作用，该材料的光吸收系数很大，在室温下几乎可以吸收全部的太阳光子。三碘化铯锡CsSnI₃及其衍生化合物中的元素融化温度相近，易形成类似单晶体的材料结构，并且CsSnI₃薄膜可用简单的物理和化学法来制备。值得注意的是，CsSnI₃的荧光发光峰在950 纳米附近，与其宽吸收带（小于930纳米）分开，所以CsSnI₃可作为一种具有较大潜力的聚光太阳能电池材料，可将CsSnI₃置于光波导结构中来设计制成一种新型的荧光聚光器来提高吸收峰在950纳米左右的太阳能电池的光电转换效率。此类荧光聚光结构将具有广阔的市场前景、强大的经济效益，而且太阳能发电产生的环保效应和社会效益则是巨大的。

而目前太阳能电池领域所使用的太阳能电池，即便采用了荧光聚光器，仍存在种种局限性，比如生产成本高、运行效率低以及耐用性差，而且很多电池的原料为有毒而稀缺的物质。

公开日为2011年1月19日、公开号为CN101951189A的专利文件提出了一种大面积荧光聚光太阳能电池系统及其制造方法，该发电系统包括至少一个含有或不含有反射层的荧光聚光器，以及在荧光聚光器的特定区域上具有散射点形成的导光板和安装在导光板上的太阳能电池及其组合。该发明在受光面积较大的荧光聚光器的特定区域上制作了发光面积较小的导光板，但是该发明使用的依然为传统材料和制作方法，故在生产成本和光电转化效率上仍具有一定的缺陷，单频率波长光电转化效率高而宽带吸收光电转化效率低。

发明内容

为了解决大多数太阳能电池单频率波长光电转化效率高而宽带吸收光电转化效率低的问题，本发明提出了一种基于三碘化铯锡的荧光聚光太阳能电池，可通过改变各种光波导合成和匹配参数等条件来优化光吸收和反射的各种光电参数，使普通太阳能电池光电转化效率得到进一步提升，更高效，更稳定，使用寿命更长。

本发明所采用的技术方案是：一种荧光聚光太阳能电池，包括太阳能电池片、三碘化铯锡层和分光薄膜，所述的三碘化铯锡层设置在太阳能电池片上，所述的分光薄膜设置在三碘化铯锡层上，三碘化铯锡层由三碘化铯锡或三碘化铯锡的衍生化合物组成。

本发明在太阳能电池片和分光薄膜之间镀制三碘化铯锡层，构成一种新型的荧光聚光器，三碘化铯锡层受太阳光辐照，吸收宽频谱的太阳光后发出950纳米左右的荧光，分光薄膜将荧光全部汇聚到太阳能电池片的表面，使三碘化铯锡层发出的荧光只能被太阳能电池片吸收，不会因散射而损失，使950纳米左右的荧光达到最大的利用效率。其中，三碘化铯锡层由三碘化铯锡组成或三碘化铯锡的衍生化合物组成。这里三碘化铯锡的衍生化合物主要是指卤素掺杂的三碘化铯锡，例如氟掺杂的三碘化铯锡（CsSnI_3-XF_X），其中0＜X＜3。三碘化铯锡及其衍生化合物在自然界大量存在、无毒且便于加工，是具有极大潜力的聚光太阳能电池材料。