[发明专利]提高太阳能采收效率的玻璃板上的波长转换层

说明书

相关申请的引用

本专利申请要求2012年2月1日提交的第61/593,683号美国临时专利申请的优先权权益。前述申请通过引用全文并入用于所有目的。

发明背景

发明领域

本发明一般地涉及包括位于基体层上的波长转换层的波长转换装置。本发明的实施方案通常用作太阳能电池、太阳能电池板或光伏装置以及需要波长转换的其他器件和应用的转换层。

相关技术描述

太阳能的使用提供了传统化石燃料的有前景的替代能量来源。因此，近年来，将太阳能转换为电的装置例如光伏装置(还称为太阳能电池)的开发引起重大关注。已经开发了几种不同类型的成熟的光伏装置。实例包括：硅基器件、III-V和II-VI PN连接器件、铜-铟-镓-硒(CIGS)薄膜器件、有机敏化剂器件、有机薄膜器件和硫化镉/碲化镉(CdS/CdTe)薄膜器件以及其他。关于这些器件的更多细节可在文献中获悉，例如Lin等人，“High Photoelectric Conversion Efficiency of Metal Phthalocyanine/Fullerene Heterojunction Photovoltaic Device(金属酞菁/富勒烯异质结光伏装置的高光电转转换效率)”(International Journal of Molecular Sciences(分子科学国际期刊)2011)。然而，能提高许多目前光伏装置的光电转换效率以实现改进的能源生产。

用于提高光伏装置效率的一种技术是将波长下移膜应用于装置。几种光伏装置的缺点在于它们不能有效使用整个光谱的光。光通过吸收特定波长(通常较短的UV波长)的光的窗口被吸收进这些光伏装置中，而这样的窗口不允许光通过在能将光转化为电的光电导材料层。因此，装置本身将损失一些辐射能量。波长下移膜应用可吸收较短波长光子并在更有利的较长波长处再将光子发射，然后其能被装置中的光电导层吸收，这使得电转换率更高。

在薄膜CdS/CdTe和CIGS太阳能电池中可经常观察到该现象，其二者使用CdS作为窗口层。近年来，这些薄膜太阳能电池的低成本和高效率引起重大关注，典型商业电池具有10-16％的光电转换效率。这些器件的一个问题是CdS的能隙约2.41eV，其导致低于514nm的波长的光被CdS吸收而不是通过光电导层并将其转换为能量。不能使用整个光谱的光将有效降低装置的整体光电转换效率。

已经有许多报道公开使用波长下移材料以改善光伏装置的性能。例如，第2009/0151785号美国专利申请公开公开了包含波长下移无机磷光体材料的硅基太阳能电池。第US 2011/0011455号美国专利申请公开文本公开了包含电浆层、波长转换层和光伏层的集成太阳能电池。第7,791,157号美国专利公开了具有包含量子点化合物的波长转换层的太阳能电池。第2010/0294339号美国专利申请公开文本公开了包含发光下移材料的集成光伏装置，然而没有建立示例性实施方案。第2010/0012183号美国专利申请公开公开了具有波长下移光致发光介质的薄膜太阳能电池；然而，没有提供实例。第2008/0236667号美国专利申请公开公开了以包含无机荧光粉的薄膜聚合物形式制备的增强光谱转换膜。然而，各个这些公开使用耗时并且有时复杂和昂贵的技术，其可能需要特殊的工具组件以将波长转换膜应用于太阳能电池装置。这些技术包括旋转涂布、落模铸造(drop-casting)、沉淀、溶剂蒸发、化学气相沉积、物理气相沉积等。

发明概述

提供了配置用于波长的高效率转换的材料。在一些实施方案中，材料可用于将一部分太阳辐射转换为太阳能转换装置的可用波长。若干实施方案提供了包含玻璃板上的波长转换层的装置。能配置这种器件以将其应用于太阳能电池、太阳能电池板和光伏装置以便当应用于那些器件的光入射表面时提高太阳能采收效率。在若干实施方案中，装置包含玻璃板上的波长转换层，其中波长转换层包含透明聚合物基体和至少一种发色团。在若干实施方案中，发色团接收至少一种具有第一波长的光子作为输入功率，并且提供至少一种具有不同于第一波长的第二波长的光子作为输出功率。