[发明专利]单种稀土红外一级量子剪裁在太阳能电池中的应用

说明书

技术领域

本发明涉及单种稀土红外量子剪裁在太阳能电池中的应用，具体而言，本发明涉及Er³⁺离子和Tm³⁺离子一级量子剪裁在太阳能电池中的应用。

背景技术

能源问题已成为目前人类普遍关注的问题之一。太阳能作为一种理想的绿色能源，是一种国家亟需的、高效、环保、廉价和取之不尽用之不竭的新能源。太阳能的有效利用主要是太阳能的光电利用。太阳能电池就是一种实现光电转换的器件，其利用光电效应把太阳的光能转化成电能。然而，现在限制太阳能作为一般电源使用的主要障碍是成本高和效率低。

量子剪裁是这样一种现象，其中，以双光子量子剪裁为例，每吸收一个紫外-可见光子就放出两个红外光子，激发能量分给了两个光子导致了吸收能无损耗的红移获得大于100％的发光效率。因此，量子剪裁现象对于提高太阳能电池效率从而降低太阳能发电价格是非常有利的。

把量子剪裁现象应用到太阳能电池上仅仅需要在太阳能电池板上覆盖量子剪裁转换层就可以大幅度提高太阳能电池的效率，典型的量子剪裁太阳能电池的构造为：沿着太阳光的入射方向依次包括(1)量子剪裁层、(2)绝缘隔离层、(3)太阳能电池层、和(4)反射层(如图1所示)。

目前，量子剪裁在太阳能电池方面的应用主要为双光子量子剪裁，并且为二级能量传递过程，在强度和速率方面均需要提高。因此，需要能够进一步提高太阳能电池的效率并实现三光子以上的量子剪裁的方法。一级红外量子剪裁有比二级红外量子剪裁高得多的能量传递几率(典型值为1000倍)；另外，理论上的三光子量子剪裁效率理论上最高可达300％。因此，一级红外三光子量子剪裁能够有效提高太阳能电池的发光强度和效率。

发明内容

本发明的目的在于提供能够进行三光子以上的一级红外量子剪裁的单种稀土红外量子剪裁在太阳能电池中的应用，从而获得高效太阳能电池。

具体而言，本发明涉及以下内容：

1.单种稀土红外一级量子剪裁在太阳能电池中的应用，所述单种稀土为Er³⁺离子或Tm³⁺离子，其存在于位于太阳能电池的光入射表面上的量子剪裁层中，并且实现浅紫外和可见激发的三光子或四光子红外量子剪裁。其中所述浅紫外和可见的波长范围为大约300nm到500nm。

2.根据上述1的太阳能电池，其中所述量子剪裁层由含Er³⁺离子或Tm³⁺离子的玻璃陶瓷、玻璃、晶体或由它们形成的薄膜制成。

3.根据上述2的太阳能电池，其中所述玻璃陶瓷是纳米相的氧氟玻璃陶瓷。

4.根据上述2的太阳能电池，其中所述晶体是(Er或Tm)_xGd_1-xVO₄晶体或(Er或Tm)_xY_1-xVO₄晶体，其中x为0.1至1，优选0.1至0.5，更优选0.2至0.35。此处所述的YVO₄晶体和GdVO₄晶体是结构和性能相似的晶体，它们同属四方晶体，结构与锆英石极其相似，属单轴晶系，掺杂的稀土离子可替代Y³⁺或Gd³⁺离子，点对称性是D_2d。YVO₄晶体是比GdVO₄晶体更早研究出来的晶体，研究发现YVO₄晶体具有高的激光损伤阈值和很好的机械性能及化学稳定性、以及泵浦阈值低、激光发射截面大等特点。后来发现的GdVO₄晶体具有更好的吸收和发射截面以及热学性质。

5.根据上述1的太阳能电池，其中所述量子剪裁层中还含有敏化剂。

6.根据上述5的太阳能电池，其中所述敏化剂选自Ce³⁺、Bi³⁺、Eu²⁺、Yb²⁺中的一种或多种或其电荷转移态。所述电荷转移态是指以下状态：电荷迁移过程是化合物中离子和离子之间较多出现的物理化学过程，电荷可以由金属离子转移到阴离子配位体，也可以由配位体转移到金属离子，迁移后的体系中的离子电荷有了新的分布，状态也相应出现改变。

7.根据上述1的太阳能电池，其中所述太阳能电池沿着太阳光的入射方向依次包括(1)下转换量子剪裁层、(2)绝缘隔离层、(3)太阳能电池层和(4)反射层。