一种太阳能电池,特别是一种光电转化效率高的硅光电池及其它相关太阳能电池。采用高分子荧光材料作为高分子太阳能信号增强层(1)与光电池(2)复合得到增强的响应信号。高分子荧光材料为荧光掺杂或共聚高分子材料。荧光掺杂高分子材料是由荧光小分子掺杂剂和高分子基质材料组成。共聚高分子材料是通过化学键将有机光学功能基团与高分子链接制得的荧光高分子材料。高分子太阳能信号增强层具有将光信号重整、可拟合大气散射光谱和材料吸收光谱,并在较长的波长发光,进而为光电池的核心光电器件部分吸收;高分子信号增强层可增强太阳能收集、高分子信号增强层可减小光反射、使得原有的太阳能电池的响应增强45%以上。
1.一种太阳能电池,采用高分子荧光材料作为高分子太阳能信号增强层与光电池复合得到增强的响应信号;其特征是,高分子荧光材料包括:荧光掺杂或共聚高分子材料;荧光掺杂高分子材料是由荧光小分子掺杂剂和高分子基质材料组成,高分子基质材料:聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚苯乙烯(PS)、聚碳酸酯(PC)、及聚硅氧烷(PSiO),以及其它光学性能优良的高分子材料;共聚高分子材料是通过化学键将有机光学功能基团与高分子链接制得的荧光高分子材料;荧光小分子掺杂剂为有机光学功能材料,且对紫外、可见光具有强吸收和/或荧光发光性能;有机光学功能材料是具有荧光发光特性的有机物或基团,包括:芳香族多环化合物、芳香族杂环化合物、香豆素类杂环化合物、苯二烯类芳香族化合物、恶唑类杂环化合物、恶唑酮类杂环化合物、喹啉类杂环化合物、吡唑类杂环化合物、吡唑啉杂环化合物、焦宁类杂环化合物、噻吩类杂环化合物、荧光素类杂环化合物、嗯酮类杂环化合物、醌类杂环化合物、若丹明类杂环化合物;有机光学功能材料由一种或一种以上,并按一定的重量比组成,当掺有一种有机光学功能材料时,取决于材料的性能和用途,有机光学功能材料掺杂剂与基质材料的重量比在1∶2至2∶10000范围内;当有两种或两种以上的有机光学功能材料掺杂剂掺杂,其与第一种掺杂剂的比在1∶1至1∶1000范围内;将1500ml甲基丙烯酸甲酯置于2000ml的玻璃容器中,加重量比为
0.05wt%的偶氮二异丁腈,及重量比为0.2wt%的苝类红色发光材料,搅拌下加热至90°C,进行聚合,完成后加工成型,该材料的紫外在紫外有强吸收,在红光范围有强发光,发光的波长范围为630-730nm,用作信号增强层;或:将1500ml甲基丙烯酸甲酯置于2000ml的玻璃容器中,加重量比为0.05wt%偶氮二异丁腈,及重量比为0.1wt%的噻吨类染料溶剂黄98和0.001wt%的邻-(6-乙基氨基-3-乙基氨基-2,7-二甲基-3H-占吨基-9-)苯甲酸乙酯,在搅拌下加热至90°C,进行聚合,完成后加工成型,该材料在紫外有强吸收,在红光范围有强发光,发光的波长范围为560-620nm,用作信号增强层。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池,其特征是,高分子信号增强层采用多种方式使用,平板状、半园壳型、多边形壳型或其它几何形状。
3.根据权利要求1所述的太阳能电池,其特征是,由荧光掺杂或共聚高分子制成具有微观纳米结构的层状的材料用于高分子信号增强层。技术领域
本发明涉及一种太阳能电池。特别是一种光电转化效率高的硅光电池及其它相关太阳能电池。
背景技术
人口的增长,使得能源是21世纪中人类将面临的一大挑战。如何利用自然能源来取代现有的煤炭、石油能源,是人类迫切要求解决的课题。太阳能取之不尽、用之不竭是人类期望开发利用理想目标,太阳能电池可将太阳能转化成电能,并储存起来为人类所用,然而,目前的太阳能光电池产品的光电转化效率,单晶硅光电池产品的转化率一般为13-16%,近年发展起来的廉价多晶硅光电池的转化效率11-15%,与需求还有相当的差距。
发明内容
本发明所解决的技术问题是:提高太阳能光电池的光电转化效率。发明依据:作为太阳能光电转化器件的最重要指标之一是其转化效率,效率的提高与材料、器件的结构、光谱等等多种因素相关。通常,太阳能电池多是指用于室外,直接接受日光而产生响应的光电池,而不同的电池对不同的波长的响应有所不同。通常该光电响应可用电流信号(或电流强度)监测。就硅光电池而言,其信号响应在可见、近红外的范围内,且随波长的增加,其响应增强。如,单晶硅光电池的电流响应的最大值范围多在近红外的900纳米波段。若用于激发光电池的光源具有与硅光电池响应曲线近似的光谱,光电池的吸收均匀,转化率将能够提高。然而,当硅光电池用做太阳能光电池时,自然光所产生的光谱与硅光电池的响应曲线有很大的差距,其最强峰值往往要短得多在可见光得蓝色区域和近紫外区。如果能提高器件在日光峰值附近的吸收,将能大大提高器件的效率。本发明采用高分子荧光材料于太阳能电池的表面作为信号增强层,可使得原有的太阳能电池的响应增强45%以上。本发明设计材料的选用和配比,设计材料与器件的复合方式等,用于硅光电池,并以相同原理,用于其它相关太阳能电池。本发明的技术方案:采用高分子荧光材料作为高分子太阳能信号增强层与光电池复合得到增强的响应信号。高分子太阳能信号增强层可拟合大气散射光谱和材料吸收光谱,并在较长的波长发光,进而为光电池的核心光电器件部分吸收。高分子信号增强层可增强太阳能收集,高分子信号增强层或增强层可减小光反射,高分子信号增强层可含有发光纳米颗粒用于信号增强,高分子信号增强层可以薄层用于原器件表面,也可以厚膜形式用于器件表面。高分子信号或增强层与核心光电器件复合构成新型太阳能光电池。上述增强层吸收紫外可见光,并在较长的波长发光,如在绿色、黄色、红色、近红外等波长范围发光。增强层在紫外、可见有较长的吸收,并且其发光效率也较高。增强层中含有一种或一种以上的有机荧光化合物或基团,也就是说,增强层可充分吸收阳光短波长部分。所述的高分子荧光材料包括荧光掺杂或共聚高分子材料。所述的荧光掺杂高分子材料是由荧光小分子掺杂剂和高分子基质材料组成,基质高分子材料:聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚苯乙烯(PS)、聚碳酸酯(PC)、及聚硅氧烷(PSiO),以及其它光学性能优良的高分子材料。所述的荧光小分子掺杂剂为有机光学功能材料,且具有强紫外可见光吸收和/或荧光发光性能。所述的有机光学功能材料包括:芳香族多环化合物、芳香族杂环化合物、香豆素类杂环化合物、苯二烯类芳香族化合物、恶唑类杂环化合物、恶唑酮类杂环化合物、喹啉类杂环化合物、吡唑类杂环化合物、吡唑啉杂环化合物、焦宁类杂环化合物、噻吩类杂环化合物、荧光素类杂环化合物、嗯酮类杂环化合物、醌类杂环化合物、若丹明类杂环化合物、等等具有荧光发光的有机物或基团。所述的有机光学功能材料由一种或一种以上,并按一定的重量比组成,当掺有一种有机光学功能材料时,取决于材料的性能和用途,有机光学功能材料掺杂剂与基质材料的重量比在1∶2至2∶10000范围内;当有两种或两种以上的有机光学功能材料掺杂剂掺杂,其与第一种掺杂剂的比在1∶1至1∶1000范围内。所述的共聚高分子材料是通过化学键将有机光学功能基团与高分子链接制得的荧光高分子材料。高分子信号增强层采用多种方式使用,平板状、半园壳型、多边形壳型或其它几何形状与单晶硅光电池、多晶硅光电池、非晶硅光电池或其它电池复合。由荧光掺杂或共聚高分子制成具有微观纳米结构的层状的材料用于高分子信号增强层。本发明的有益效果:高分子太阳能信号增强层具有将光信号重整;高分子太阳能信号增强层可拟合大气散射光谱和材料吸收光谱,并在较长的波长发光,进而为光电池的核心光电器件部分吸收;高分子信号增强层可增强太阳能收集,高分子信号增强层可减小光反射。该增强层可使得原有的太阳能电池的响应增强45%以上。
附图说明
图1增强层制作为层状结构布涂于核心光电器件表面。图2(a)和(b)是层制作为矩形结构,核心光电器件配置于矩形的边缘。图3增强层制作为弧线型结构,核心光电器件配置于底边的边缘。图4器件应用测试图中:信号增强层1、光电池2、测试仪3。
具体实施方式
实例一:材料制备。将1500ml甲基丙烯酸甲酯置于2000ml的玻璃容器中,加重量比为0.05wt%的偶氮二异丁腈,及重量比为0.2wt%的苝类红色发光材料,搅拌下加热至90°C,进行聚合,完成后加工成型,该材料的紫外在紫外有强吸收,在红光范围有强发光,发光的波长范围为630-730nm,可用作信号增强层。实例二:材料制备。将1500ml甲基丙烯酸甲酯置于2000ml的玻璃容器中,加重量比为0.05wt%偶氮二异丁腈,及重量比为0.1wt%的噻吨类染料(溶剂黄98)和0.001wt%的邻-(6-乙基氨基-3-乙基氨基-2,7-二甲基-3H-占吨基-9-)苯甲酸乙酯,在搅拌下加热至90°C,进行聚合,完成后加工成型,该材料的紫外在紫外有强吸收,在红光范围有强发光,发光的波长范围为560-620nm,可用作信号增强层。器件应用测试,如图4。一单晶硅太阳能电池,窗口长为1.5cm宽为0.2cm(面积为3.8cm²),信号增强层截面长为15cm厚为2cm,可完全覆盖太阳能电池窗口(如图3),在偏压为零时测量电池的短路电流的变化(见表一)。从表中可见在一系列测量中,采用信号增强层可使太阳能光电池的相应信号平均增强48%。高分子信号增强层采用多种使用方式:平板状、半园壳型、多边形壳型或其它几何形状可与单晶硅光电池、多晶硅光电池、非晶硅光电池或其它电池复合。使用方式之一,见图1。强层制作为层状结构布涂于核心光电器件表面。该增强层为透明层,布涂于光电器件表面,将日光高能光谱转化至红或红外光来拟和硅光电池的响应曲线。提高器件的光电响应10%以上。使用方式之二:见图2(a)和(b),增强层制作为矩形结构,核心光电器件配置于矩形的边缘。该增强层为体材料,半透明且截面与光电器件表面密合,该材料两面可用做太阳能收集器,将日光高能光谱转化至红或红外光来拟和硅光电池的响应曲线。提高器件的光电响应45%以上。使用方式之三:见图3,增强层制作为弧线型结构,核心光电器件配置于底边的边缘该设计增强层为体材料,半透明且截面与光电器件表面密合。例如,增强层制作为透明弧线(如半圆)结构,平面向下,弧线(如半圆)向上,且核心光电器件分布于该结构的底部。该材料以弧线结构材料用做太阳能收集器,将日光高能光谱转化至红或红外光来拟和硅光电池的响应曲线。提高器件的光电响应10%以上。利用太阳能收集和转化原理,将增强层制作成其它结构更优化的体材料,来增强器件的响应;例如,增强层为扇形锥体结构,锥尖向上,弧形向下,且核心光电器件分布于弧形底部。利用太阳能收集和转化原理,增强层制作成其它结构更优化的薄膜材料,来增强器件的响应;例如,纳米薄层材料,优化吸收,发光和散射来优化增强层的功能。表一:光电流测量数据(以微安为单位) ntent="drawing" img-format="tif" inline="no" orientation="portrait" wi="700"/>