[发明专利]太阳能电池结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种太阳能电池结构，其包括一个或多个掺杂有一种荧光染料或多种荧光染料的混合物的聚合物层，在所述聚合物层上或其间具有一个或多个透明太阳能电池，所述透明太阳能电池的特征在于，光敏层的在吸收率最大值处的吸收率小于80％。 

背景技术

在二十世纪七十年代中，已经描述了将太阳光谱转换为更适于太阳能电池的光谱灵敏度的荧光太阳集光器(collector)的使用，参见US 4,110,123和Weber et al.，Applied Physics，15，1976，2299-2300。 

一方面，可以通过具有改善的光谱灵敏度的太阳能电池来更好地利用太阳光的能量。在常规太阳能电池中，例如，在由硅制成的太阳能电池中，以热的形式损失掉能量的很大一部分。晶体硅的带隙为1.1eV。太阳能电池可以吸收具有高能量的所有太阳光光子，但过多的能量被转换成热。太阳能电池的发热转而降低其效率。冷光(luminescent)分子以低的能量传输所吸收的太阳光谱，从而可以通过适当地选择所述分子来减轻太阳能电池的发热。太阳能电池不发热，但包埋冷光分子的基体(matrix)变热。 

另一方面，通过使用发光太阳集光器，有可能通过由基体中的全反射使光传导到边界而减小太阳能电池所需要具有的所需面积，其中所述基体由玻璃或塑料制成。各个太阳能电池被设置在边界处。在该实施例的情况下，与平铺安装的太阳能电池相比，可以显著降低整体结构的成本。 

在 & Greubel的公开(Applied Physics，14，(1977)123-139)中描述了太阳能电池和荧光集光器的多种可能设置。其指出在最佳条件下 的理论上可能的转换效率为32％，这显著高于目前可用的太阳能电池的转换效率。 

Reisfeld等的US 4,367,367以及出版物Nature 274(1978)，pages144-145中公开了铀酰加成玻璃的使用以及与荧光染料的组合以用作太阳能集光器。在该情况下，染料分别吸收太阳光的特定波长范围并在另一波长范围内射出，在所述另一波长范围内，具体的太阳能电池具有其各自的最高灵敏度。可以通过包括多个染料层和不同太阳能电池的合适结构来最优地使用太阳的太阳光谱。 

迄今描述过的所有太阳集光器(包括冷光或荧光系统)尚未被商业使用，更别提发展到批量生产的水平，这是因为，一方面，所使用的有机染料在太阳光下遭受劣化，而另一方面，无机磷光发射体不具有用以克服太阳集光器中的吸收损耗的足够的量子效率。 

然而，近年来，已经发展了新的更稳定的荧光染料，这些染料可用于太阳集光器中。Maruyama & Kitamur的公开，Solar Energy Materials andSolar Cells 69(1)，(2001)，pages 61-68中揭示了这样的方法，其中，平铺地施加到太阳集光器中的CDS/CDTE太阳能电池上的荧光染料可以将太阳能电池的电力提高最大14％。Nozik等的公开，Electrochemicals Soc.Proc.Vol.，Volume 10(2001)，pages 61-68中公开了使用量子点与太阳能电池的组合。所使用的量子点具有高的稳定性且不容易光致劣化。然而，另一方面，与荧光染料相比，量子点具有在基体中的低得多的量子效率。与具有大于90％的量子效率的荧光染料相比，量子点具有约50％的量子效率。迄今为止，尚不可能制造具有所需的高光学效率的板。 

同样已知透明太阳能电池，例如 电池、有机或无机薄膜半导体电池。 

电池由两个玻璃电极构成，在这两个电极之间的间隔典型地为20μm至40μm。这两个电极在内部被涂覆有透明导电层，例如FTO(氟掺杂的氧化锡SnO₂)，其厚度典型地为0.1μm。根据它们的作用，还可以将这两个电极称为工作电极(产生电子)和背电极。在工作电极上施加氧 化钛TiO₂的纳米多孔层，其厚度在10μm范围内。光敏染料的单层反过来在其表面上被吸收。在背电极上存在具有若干微米厚度的催化层，该催化层通常由铂制成。利用氧化还原电解质，例如，碘I₂和碘化钾的溶液，来填充着这两个电极之间的区域。