[发明专利]增加太阳能光伏电池光电转化率的透明薄膜的制备

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能光伏电池系统工程，能显著提高光伏电池的光电转化率， 属于太阳能利用技术领域。

背景技术

能源问题一直是各国政府关注和研究的重点。目前以石油为燃料的能源体系 正受到资源枯竭、环境污染、价格上涨等因素的挑战。因此，如何最大程度地合 理使用清洁能源(太阳能、氢能、风能等)的思路应运而生。而太阳能光伏电池 (光-电转化)的应用正是这一思路具体实施的产物。

太阳能光伏技术是一种最有前景的可再生能源技术。目前晶体硅(单晶和多 晶)在太阳能光伏产业中占绝对主导地位(约占90％)。但目前以硅晶体为电池板 的光电转化效率低，最高的转化率也只有17％。而且在光伏电池中电池板占有的 成本较高，对目前市场的推广起到很大的制约作用。因此，提高光伏电池的太阳光 转换效率从而降低其成本是目前该研究领域的重点，其基本要求之一是最大限度 地将太阳光的各谱段的光能转化为电能，所以我们着重在这一领域关注世界各国 的研究动向，并取得很大的突破。

以晶体硅为电池板的光伏电池仅对500nm-900nm范围的光具有较高的量子转 换效率，其他谱段基本没有反应。也就是说只有波长在500nm-900nm的太阳光照 射在晶体硅电池板上，该板才产生电流，其余波长的光照射在该板上，则不会产 生电流。而太阳光的谱系很宽从紫外一直到红外，波长从300nm-4000nm。我们 不难发现，短波段300nm-500nm和长波段900nm-4000nm的太阳光对于晶体 硅电池板来说没有利用价值，也就是说晶体硅电池板只利用了太阳光谱系中十分 之一的光能来发电。另外，紫外部分的光直接照射在电池上会降低电池的寿命， 尤其是含有有机材料的电池，其寿命和稳定性都受到紫外辐射的严重影响。理论 计算已表明如果将低于500nm的AM1.5G太阳光通过光谱转变优化，单晶硅光伏 电池的转换效率上限将从现有的30.9％升至38.6％，亦即具有25％的提高。目前 国际上澳大利亚、欧共体、美、日等国在通过PL效应提高晶体硅光伏电池对 AM1.5G太阳光的光电转换效率方面开展的研究相对较多，主要以理论计算和模 拟为主，而在实验上的研究则进展甚微。通过对现有文献的查阅我们发现目前在 这方面实验研究进展甚微的原因在于未能研制出一种用于晶体硅光伏电池的具有 理想光致发光效应的材料。最近，日本科学家采用Kyocera公司制造的多晶硅光 伏电池，在电池表面涂抹一层有机荧光材料使短波长的太阳光转变成较长波长的 光，电池的转换效率相对提高了6％。德国和澳大利亚科学家也开展了采用有机 荧光材料进行光谱转换方面的工作，达到了提高太阳能电池转换效率的目的。但 实验方面的研究工作都是基于有机荧光材料的下转换来开展的，有机材料本身的 寿命也是一个难以克服的问题。另一方面，更具意义的红外上转换应用于电池效 率提高还未见报道。同时，降低紫外线对电池的辐射，提高其寿命的实验研究的 工作更少。因此我们在该方面开展了系统性的研究工作，有效地应用这些未充分 利用的短波长和长波长的太阳光，达到提高太阳能电池的转换效率、降低成本的 目的。

要有效地实现光谱的上下转换，达到电池充分利用太阳光提高其光电转换效 率的目的，一方面，必须在研制出具有上下光谱转换材料的基础上，认清光谱转 换机制，使得其光吸收及光发射的波段可调控，有利于电池的光电转换的实现； 另一方面，要认清材料内的能量传输机制，提高材料本身的光-光转换量子效率， 从而提高电池的光电转换效率；同时还要研究光转换层与电池受光面间的光耦合 效应，使得电池对入射光及转换光达到优化状态。

发明内容

本发明首要目的是：

制备一种现有光伏电池能利用的光谱范围外的各种波长的光线转化到有用 的光谱范围内的转光(长余辉)透明薄膜。提高光电转化率，并贮藏光能，至晚间 仍能发光使光伏电池发电。

技术方案是：

基于上述思路，本发明将下转换材料(下转换是将紫外光转变为光伏电池板 的光谱响应光)、上转换材料(上转换是将红外光转换到光伏电池板的光谱响应 光)、长余辉发光材料进行了充分的选择、制备，并将它们与高分子材料混合造粒 做成透明薄膜。该薄膜可覆盖在光伏电池板表面。

本发明优点是：

1.增加光伏电池的太阳光利用率。

2.延长了光伏电池板的发电时间。