[发明专利]上转换复合材料及其制备方法、太阳能电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种上转换复合材料及其制备方法，该上转换复合材料可应用于太阳能电池。

背景技术

上转换现象最早发现于1575年，由Auzel在1966年正式提出。上转换现象是指材料只能受到低能量的光激发，发出高能量的光。目前人们已发现的上转换材料一般为掺杂稀土离子的化合物，主要有氟化物、氧化物、含硫化合物、氟氧化物、卤化物等。所述上转换材料通过掺杂的稀土离子来实现上转换过程，具体的，所述稀土离子不仅在基态时吸收入射光子的能量，还可以在中间态吸收各种能量，进一步被激发到更高的激发态能级，当其向下跃迁时就能发射出比泵浦(pump)能量还要高的上转换荧光。该上转换材料广泛应用于发光标识、指示灯和装潢灯等领域。然而，该纳米级的上转换材料粒子的表面存在空位、不饱和键、断键等缺陷，而使得上转换材料的发光效率较低，因而其发展和应用受到严重的制约。

发明内容

有鉴于此，确有必要提供一种性能稳定的上转换复合材料、上转换复合材料的制备方法、以及采用该上转换复合材料的太阳能电池。

一种上转换复合材料的制备方法，其包括以下步骤：提供一上转换颗粒，所述上转换颗粒的材料包括无机基质和掺杂在无机基质中的敏化离子和激活离子；将所述上转换颗粒分散于一有机溶剂中得到一悬浮液；以及，向所述悬浮液加入碱液、正硅酸乙酯和催化剂，搅拌，所述正硅酸乙酯发生水解，使所述上转换颗粒的表面包覆一二氧化硅层。

一种上转换复合材料，其包括由上转换材料组成的内核以及包覆所述上转换颗粒的外壳层，所述上转换材料包括无机基质和掺杂在无机基质中的敏化离子和激活离子，所述外壳层的材料为二氧化硅。

一种太阳能电池，其包括：依次层叠设置的一第一电极层、一P型半导体层、一N型半导体层及一第二电极层，该P型半导体层与该N型半导体层接触并形成一P-N结区，所述第一电极层和第二电极层分开设置于所述P-N结区外侧，其中，所述第二电极层的远离所述P-N结区的一侧设置一上转换复合层以及一反射层，所述上转换复合层包括多个上转换复合颗粒，所述上转换复合颗粒包括由上转换材料组成的内核以及包覆所述上转换材料的外壳层，所述外壳层的材料为二氧化硅。

相较于现有技术，本发明通过正硅酸乙酯水解而在上转换颗粒的表面包覆二氧化硅层，使得得到的上转换复合材料的表面缺陷较少，从而提高了其上转换发光效率。而采用了该上转换复合材料的太阳能电池，其短路电流和转换效率也有所提高。

附图说明

图1为本发明提供的上转换复合材料的制备方法的流程图。

图2为本发明提供的上转换复合材料的结构示意图。

图3为本发明提供的上转换材料以及上转换复合材料的傅立叶红外（IR）图谱，其中曲线a对应于上转换颗粒，曲线b对应于上转换复合材料。

图4为本发明提供的上转换复合材料的X射线衍射（XRD）图谱。

图5为本发明提供的上转换材料以及上转换复合材料在560nm激发光照下的发射光图谱，其中曲线a对应于上转换材料，曲线b对应于上转换复合材料。

图6为所述上转换颗粒的模拟晶场。

图7为本发明提供的太阳能电池的结构示意图。

主要元件符号说明