[发明专利]量子点材料增益光电转换装置及方法

说明书

技术领域：

本发明涉及量子点材料增益光电转换装置及方法。

背景技术：

光可分为不同波长，由于太阳照射到电池表面的光子能量范围很广，没有足够能量的光子穿过电池，不能使电池中电子逸出和进行光电转换，晶体硅太阳能电池主要吸收400-900nm左右的光，对紫外光和红外光具有很低的吸收率，上述两种效应就会造成电池中70％左右的辐射能损失，要提高太阳能的利用率，就必须充分利用紫外光和红外光。

量子点可以实现太阳光的宽光谱吸收和具有窄的发射谱，通过改变量子点的尺寸大小来控制量子点材料发射光谱，以CdTe量子为例，当它的粒径从2.5nm生长到4.0nm时，它们的发射波长可以从510nm红移到660nm，变为晶体硅太阳能电池可吸收的光，使晶体硅太阳能电池获得较高的转化收益。

现有用量子点材料提高太阳能电池转化率采用的方法是在太阳能电池芯片材料内或在太阳能电池芯片材料上填加量子点材料层，用量子点材料吸收和发射的光提高太阳能电池转化率，上述方案存在的问题是量子点材料吸收和发射光产生的热量加热太阳能电池板使太阳能电池板温度升高，太阳能电池芯片温度升高会降低太阳能电池板的转换效率。专利200910052785.6《硅基太阳能电池表面量子点光波转换层的制备方法》即存在上述问题。

太阳能电池芯片材料内填加量子点材料存在的另一问题是嵌入的量子点在禁带中产生中间能带，在增加能带吸收几率的同时，由于应力问题增加复合几率，降低量子点的转换效能。

在太阳能电池芯片材料内或材料上填加量子点材料存在的另一问题是制造工艺复杂，成本高。

发明内容：

本发明的目的是：1、利用量子点可以实现太阳光的宽光谱吸收和具有窄的发射谱的特点，将太阳光中的紫外光和红外光转变为晶体硅太阳能电池可吸收的光，提高晶体硅太阳能电池光电转化收益。2、量子点材料设在光电转换电池板上方，在量子点材料与光电转换电池板间设置气体层，气体吸收量子点材料发出的热量，防止光电转换电池板过热，提高光电转换电池板的转换效能。3、量子点材料设在光电转换电池板下方，太阳光或太阳能聚光照射在透光光电转换电池板上进行光电转换，透过电池板的光子穿过中空腔内气体照射在量子点材料上，量子点材料吸收高于其带隙能量的光子和发射出能够被电池板吸收的特定波长段能量的光子，再次穿过中空腔内气体照射在透光光电转换电池板上进行光电转换，提高光电转换电池板的转换效能。4、量子点板与光电转换电池板分别制造，分层设置，解决了嵌入的量子点在禁带中复合问题，提高量子点光转化效率。5、量子点板与光电转换电池板分别制造，制造工艺简单，成本低。6、量子点板用压印技术压出凸凹面，防止光反射。7、量子点材料层内掺混纳米金属颗粒或量子点材料层单侧或双侧设纳米金属颗粒层，纳米金属颗粒层具有增益量子点材料光效功能和散热功能和导电功能。

本发明提出的一种量子点材料增益光电转换装置包括：量子点板，量子点材料，光电转换电池板，上层是涂量子点材料的透光量子点板或透光量子点栅板，中间层是气体，下层是光电转换电池板，太阳光或太阳能聚光照射在透光量子点板或透光量子点栅板上，量子点材料吸收高于其带隙能量的光子和发射出能够被电池板吸收的特定波长段能量的光子，特定波长段能量的光子穿过中空腔内气体，照射在光电转换电池板上进行光电转换。

透光量子点栅板包括：点阵透光量子点栅板，条形透光量子点栅板。

为减少光反射，有机材料量子点板用纳米压印技术热压出凸凹面，无机透光玻璃量子点板是在透光玻璃涂层上用纳米压印技术压出凸凹面，凸凹面上涂量子点材料层。

本发明提出的另一种量子点材料增益光电转换装置包括：量子点板，量子点材料，光电转换电池板，上层是光电转换电池板，中间层是气体，下层是涂量子点材料的量子点板或导电量子点板，太阳光或太阳能聚光照射在透光光电转换电池板上进行光电转换，透过电池板的光子穿过中空腔内气体照射在量子点材料上，量子点材料吸收高于其带隙能量的光子和发射出能够被电池板吸收的特定波长段能量的光子，再次穿过中空腔内气体照射在透光光电转换电池板上进行光电转换。

光电转换电池板是PNP组合透光电池板，即：上层是P型半导体，中间层是N型半导体，下层是P型半导体，PNP半导体材料间设电流输出导线。

量子点材料是由II-VI族或III-V族元素组成的纳米颗粒或薄膜，但不限于上述颗粒及其薄膜。