專利名稱：太陽能電池用光轉換氟化物納米粒子的制備的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種太陽能電池用光轉換氟化物納米粒子的制備，屬于合成光轉換材料。
背景技術：
在世界范圍內迫切需要開發和利用新能源和可再生能源，其中太陽能是世界能源結構轉換中理想的替代能源；目前，世界各國政府均大力扶持太陽能光伏發電技術的研究與開發，并積極推進其產業化進程。而目前市場上的太陽能電池產品是晶體硅太陽能電池， 主要是通過改善材料的處理工藝來提高硅電池的光電轉換效率，但僅靠材料處理工藝的改進已經很難進一步提高能量的轉換效率。硅半導體具有固定的帶隙(1. 12ev)，因而無法將自然的太陽光能量完全吸收轉換，只有波長小于IlOOnm的太陽光才能夠在硅晶體中實現光電轉換，而波長大于IlOOnm的紅外光則無法被利用；另一方面，硅晶體對太陽光有效響應頻譜的下限是400nrn，波長小于400nin的紫外光也無法被硅太陽能電池所利用。長波長光子(λ > IOOOnm)沒有足夠的能量來形成電子空穴對，它們只是穿過電池，這部分光子對太陽能的電池轉換效率沒有貢獻；但其他一些光子的能量卻很強。如果光子的能量比所需的能量多，則多余的能量會損失掉；因此，晶體硅對太陽光譜的有限利用已經成為制約硅太陽能電池能量轉換效率的一個重要因素。
發明內容
本發明的目的在于提供一種太陽能電池用光轉換氟化物納米粒子的制備，其將可見、長波長紅外光等太陽光分別轉換為波長為IlOOnm左右波長的紅外光的高效光轉換材料。本發明的技術方案是這樣實現的太陽能電池用光轉換氟化物納米粒子的制備， 其特征在于具體如下1、光轉換光學活性組分①稀土離子對(Er3+-Yb3+，Pr3+-Yb3+, Tm3+-Yb3+, Tb3+-Yb3+, Ho3+-Yb3+)摻雜納米氟化物上轉換活性組分首先采用水熱一溶劑熱、微乳液方法合成納米粒子，并將稀土離子摻雜進納米粒子中，并將稀土離子摻雜入堿土金屬氟化物SrF2、CaF2和稀土氟化物REF3、NaREF4、RE = La、 Y等惰性稀土元素。②活性組分寬帶敏化吸收，光下轉換材料在可見光波段的吸收以及光上轉換材料在紅外波段的吸收都要求是寬帶吸收；分別調整不同摻雜離子以加寬材料的吸收帶寬。③通過向活性組分中加入不同的敏化離子，與稀土離子共摻雜，以提高光轉化材料的轉換效率。④聚合物基體材料的選擇，必須使納米粒子與基體材料的折射率匹配，以減少或消除因折射率差異而引起的光色散；根據Trupke太陽能電池模型，下轉換材料位于太陽能材料的前部，
⑤分散上述光學活性組分于聚合物單體或其溶液中并采用本體聚合或旋涂的方法制備聚合物基復合材料，并對復合材料內粒子分布、復合材料的光轉換光學性質進行表征。本發明的積極效果是采用繩子能量較低的納米氟化物作為光學活性組分的基質以提高其量子效率外，同時研究不同堿金屬離子(K+，Li+)作為激活劑與稀土離子對共摻雜，以提高光學活性組分的轉換效率；下轉換材料位于太陽能材料的前部，會引起入射光的反射與散射，從而導致太陽光能量損失，因此，減少或避免太陽光通過復合材料時的能量損失，對于提高太陽能電池轉換效率起著重要作用；針對不同波段可見光探尋最佳的轉換途徑，以期獲得較高的轉換效率，最終達到提高太陽能電池轉換效率的目的。
具體實施例方式下面結合實施例對本發明做進一步的描述實施例1 上、下轉換寬帶敏化吸收材料都是以離子作敏化離子，然而％3+離子在 IOOOnm左右的f-f吸收是一個相對較窄的吸收，而對于光轉換材料而言，材料吸收帶寬越寬越有利于光轉換材料效率的提高，從而達到提高太陽能電池轉換效率的目的；上轉換材料的V3+、Cr3+及Mo3+，以及對應于下轉換材料的Eu2+、Ce3+分別與各種材料的最佳摻雜濃度以及稀土離子對的相對摻雜濃度，尋求不同波長太陽光的最佳轉換材料。光學活性組分的基質與聚合物基體材料的折射率之差應該小于0.02。幾種不同氟化物與聚合物的折射率如表2所示；所選擇聚合物的發射、吸收性質也是影響材料性能的主要因素。對于光轉換材料來說，主要應該考慮的是基體材料在IlOOnm左右的紅外吸收， 基體材料在此處的吸收將會降低太陽能電池的轉換效率，因此基體材料在此波長附近的吸收應該被避免。根據Trupke太陽能電池模型，下轉換材料位于太陽能電池板的前端，而上轉換材料則位于太陽能電池板的尾端，因此，對于下轉換材料而言，基體材料在可見光區域應該是透明的而且紅外區無吸收；而對于上轉換材料而言，基體材料在材料的應該在紅外區無吸收。表2幾種不同的氟化物與聚合物折射率
權利要求
1.太陽能電池用光轉換氟化物納米粒子的制備，其特征在于具體如下1、光轉換光學活性組分①稀土離子對(Er3+-Yb3+, Pr3+-Yb3+, Tm3+-Yb3+, Tb3+-Yb3+, Ho3+-Yb3+)摻雜納米氟化物上轉換活性組分首先采用水熱一溶劑熱、微乳液方法合成納米粒子，并將稀土離子摻雜進納米粒子中， 并將稀土離子摻雜入堿土金屬氟化物SrF2、CaF2和稀土氟化物REF3、NaREF4, RE = La、Y等惰性稀土元素。②活性組分寬帶敏化吸收，光下轉換材料在可見光波段的吸收以及光上轉換材料在紅外波段的吸收都要求是寬帶吸收；分別調整不同摻雜離子以加寬材料的吸收帶寬。③通過向活性組分中加入不同的敏化離子，與稀土離子共摻雜，以提高光轉化材料的轉換效率。④聚合物基體材料的選擇，必須使納米粒子與基體材料的折射率匹配，以減少或消除因折射率差異而引起的光色散；根據Trupke太陽能電池模型，下轉換材料位于太陽能材料的前部，⑤分散上述光學活性組分于聚合物單體或其溶液中并采用本體聚合或旋涂的方法制備聚合物基復合材料，并對復合材料內粒子分布、復合材料的光轉換光學性質進行表征。
全文摘要
本發明涉及一種太陽能電池用光轉換氟化物納米粒子的制備，其特征在于采用水熱-溶劑熱、微乳液方法合成納米粒子，并將稀土離子摻雜進納米粒子中，并將稀土離子摻雜入堿土金屬氟化物SrF2、CaF2和稀土氟化物REF3、NaREF4、RE＝La、Y等惰性稀土元素。其將可見、長波長紅外光等太陽光分別轉換為波長為1100nm左右波長的紅外光的高效光轉換材料。
文檔編號H01L31/18GK102208480SQ20101013535
公開日2011年10月5日 申請日期2010年3月30日 優先權日2010年3月30日
發明者連洪洲 申請人:連洪洲