[发明专利]可提高硅太阳能电池效率的光转换膜及其制备和应用

说明书

本发明公开了一种可提高硅太阳能电池效率的光转换膜及其制备和应用。该光转换膜由荧光粉和透明聚合物制成，有一个锯齿状表面，锯齿状表面中高度最小锯齿高度大于0.5mm，锯齿中相邻倾斜面间的夹角小于等于60°，倾斜面与水平面夹角大于等于60°或小于等于120°。抽真空后拌匀荧光粉和透明聚合物，得胶粉混合物；用透明胶片制成模具和一个表面具有锯齿状结构的薄片，胶粉混合物倒入模具，预烘干，薄片放在呈半凝固状的胶粉混合物上，锯齿状结构朝向半凝固状混合物，按压定型，烘干，制得可提高硅太阳能电池效率的光转换膜。该光转换膜通过全反射和锯齿状结构抑制膜内反射光出射，用于硅基太阳能电池，提升对太阳光能的利用率。

技术领域

本发明属于发光材料技术领域，涉及一种光转换膜，具体涉及一种可提高硅太阳能电池光电转化率的光转换膜；本发明还涉及该光转换膜的制备方法及应用。

背景技术

太阳能被认为是21世纪最重要的能源之一。具有煤炭、石油等传统化石能源所无法比拟的优点。太阳能电池可以将太阳能转换成电能，是一种长期可持续的源产生方式，具有绿色、可持续的特点。然而市场上现有主流硅基太阳能电池的能量利用率较低，光电转化率约为20%左右。导致硅太阳能电池光电转化率较低的原因主要有：硅太阳能电池光谱响应较差以及短波长光子在硅材料中的穿透深度较短。由于大气、臭氧以及空气中的多种物质对太阳光中短波长部分具有过滤作用，太阳光中短波段（紫外部分）能量损失较多。并且由于硅的禁带宽度约为1.1eV，与之相对应的波长约为1100nm，这是对于硅太阳能电池光谱响应的截止波长，对于波长大于1100nm的光子，光子能量小于禁带宽度，因此不能产生载流子；对于波长远小于1100nm的光子，其能量远大于1.1eV，多余的能量将会以热的形式散失造成能量浪费。由此可见硅太阳能电池对红光到近红外光部分（600～1100nm）波段光谱响应较好。在200nm～600nm波段内，光子在硅材料中的穿透深度随着波长增加而增加，短波光子穿透深度很小，且短波光部分极易被反射，多余能量部分转化为热能散失，因此产生光生载流子数量较少。

为了提高太阳能电池对太阳光谱的有效利用，研究者发现利用荧光粉的光谱转化效应可将硅基太阳能电池吸收较差的波段转化为吸收较好的波段，从而提高太阳能电池的光谱利用率。在大部分现有研究中，荧光粉应用于太阳能电池的例子是将近红外荧光粉通过旋涂法覆盖至硅基太阳能电池的表面。该方法有许多缺点：荧光粉与太阳能电池结合效率不稳定，对太阳能电池光电转化效率提升极低，光源能量利用效率较低，不适用于工业大规模生产等。

另一种荧光粉提高太阳能电池光电转化率的方法是将荧光粉与共聚物混合制作光谱下转移层。虽然这种方法可以克服短波区较低的光谱响应以及更直接的应用于太阳能电池表面，但其最大的缺点是由于短波长光更容易反射，相当多一部分短波长光子被反射至空气中没有被电池吸收，因此导致了较低的光电转化率。此外，荧光粉下转移层常用的聚合物如PDMS还存在价格昂贵，不适合批量生产，折射率较小导致出射光较多等缺点。

发明内容

本发明的目的是提供一种可提高硅太阳能电池效率的光转换膜，不仅能提高硅太阳能电池的光电转化率，而且具有较长的使用寿命。

本发明的另一个目的是提供一种上述光转换膜的制备方法。

本发明的第三个目的是提供上述光转换膜的应用方法。

本发明所采用的技术方案是：一种可提高硅太阳能电池效率的光转换膜，由透明聚合物和荧光粉组成，表面粗糙度小于0.1mm；其中的荧光粉为近紫外光或蓝光激发的荧光粉。