[发明专利]一种能够提高硅太阳能电池效率的近红外量子剪裁荧光粉及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及荧光粉生产技术领域，特别涉及一种能够提高硅太阳能电池效率的近红外量子剪裁荧光粉及其制备方法。

背景技术

在大气质量为AM 1.5，地面所接收的太阳光功率为1000 W/m²的条件下，地球陆地表面太阳光的光谱分布图的分布范围从紫外的0.3 μm一直延续到红外的2.5 μm。由于硅的禁带宽度为1.1 eV (λ=1100 nm)，一般来说，与硅太阳能电池响应很好的光波长应该是在1.1 eV附近。高于禁带宽度的紫外光子大多数转化为硅的晶格振动，以热能的形式散发出去了，而低于禁带宽度的光子便不能被半导体硅所吸收从而产生电子-空穴对，所以目前能够被硅太阳能电池利用的太阳光光谱范围一般在500 nm-900 nm。计算结果显示：能够被硅太阳能电池直接利用的部分只有468 W/m²，而近乎一大半的太阳光都不能被其直接地利用。

在如何有效地利用太阳光这个问题上，人们提出了多种方案。如开发新材料太阳能电池，多级组合等。其中最吸引人的是，利用稀土发光材料来将一些短波长以及长波长的光转换成能够被太阳能电池利用的光。早在2002年，澳大利亚科学家就提出利用下转换（量子剪裁）和上转换分别将高能量的光以及低能量光转换成与太阳能电池相匹配的光（文献：T. Trupke, M. A. Green, P. Wurfel. Improving solar cell efficiencies by down-conversion of high-energy photons [J]. J. Appl. Phys., 2002: 92: 1668.）。

“量子剪裁”的概念是指体系吸收一个高能量光子传递两个或者多个低能量光子的过程，在1974年，Piper与Somerdijk等人在稀土Pr³⁺掺杂的YF₃体系中观察到量子剪裁现象（文献：J. L. Sommerdijk, A. Bril, A. W. de Jager. Two photon luminescence with ultraviolet excitation of trivalent praseodymium [J]. J. Lumin., 1974: 8 (4): 341-343）。近红外量子剪裁主要是指体系吸收一个高能光子（≤500nm），传递两个近红外光子（1100nm左右）的过程。通过近红外量子剪裁体系可以拓宽硅太阳能电池光谱吸收范围，从而提高硅太阳能电池转换效率，理论上可以提高50%以上，应用机理如附图1。

随着光伏产业迅猛发展，近红外量子剪裁的研究越来越引起人们的重视，目前主要的研究体系有Tb³⁺ ?Yb³⁺、Tm³⁺ ?Yb³⁺、Eu²⁺ ?Yb³⁺以及Pr³⁺?Yb³⁺离子对。Ce³⁺, Yb³⁺共掺杂的量子剪裁的原理与Tb³⁺, Yb³⁺体系的原理是相似的，Ce3+离子也可以通过合作能量传递将能量传递给临近的两个Yb3+离子，进而实现吸收一个高能光子转换成两个低能近红外光子的量子剪裁过程，其机理如附图2。