[发明专利]光伏器件

说明书

关于联邦资助研究&开发的声明

本发明用政府支持、根据由能源部授予的合同号DE-EE0000568做出。政府在本发明中具有某些权利。

技术领域

本发明大体上涉及通过光子的增强降频转换(down-conversion)具有提高的效率的光伏器件。更加特别地，本发明至少部分涉及用于改进光伏器件中的能量转换的降频转换层。

背景技术

光伏器件的领域中的主要焦点中的一个是能量转换效率(从电磁能到电能或反之亦然)的提高。这些器件常常由于光的损耗遭受降低的性能。因此，这些器件的光学设计中的研究包括光收集和俘获、光谱匹配吸收和升频/降频光能转换。

典型地，光伏器件由于热化机制(其中高能光子产生的载流子在晶体中损耗为声子)而遭受效率的损失。具有大于吸收阈值能量的能量的入射光子的吸收导致典型地每个吸收的光子仅有一个电子空穴对产生，而不管光子能量。高于阈值能量的入射光子的过剩能量在产生的电子空穴对的热化期间被浪费。采用异质结窗口层的某些电池设计由于该窗口层中的寄生吸收而损耗高能光子。因此将这些高能光子(短波长)转换成可以在吸收体光伏层中被有效吸收的较低能量光子(长波长)，并且转换成可收集的电荷载流子，这是可取的。

克服光的损耗和相关损耗机制的一个众所周知的方法牵涉高电磁能从较短波长到较长波长的“降频转换”。因为必须避免高能光子在光电子器件的不期望的区域/层中的吸收，降频转换层可设置在器件的表面上，暴露于电磁辐射。

因此，产生具有降频转换性质的改进的光伏器件以便满足各种性能要求，这将是可取的。

发明内容

本发明的一个实施例是光伏器件，其包括设置在该器件上的复合降频转换层。该复合降频转换层包括散布在基体中的降频转换材料微粒。这些降频转换材料微粒的大小是该降频转换材料和该基体的相应折射率的差别(Δn)的函数，使得：

对于小于大约0.05的Δn，降频转换材料微粒的大小在从大约0.5微米至大约10微米的范围中，并且

对于至少大约0.05的Δn，降频转换材料微粒的大小在从大约1纳米至大约500纳米的范围中。

另一个实施例是具有多个如上文描述的光伏器件的光伏模块。

附图说明

当下列详细说明参照附图阅读时，本发明的这些和其他特征、方面和优势将变得更好理解，其中：

图1是与本发明的一个实施例有关的材料的能级图；

图2是根据本发明的一个实施例的复合降频转换层的示意图；

图3是根据本发明的另一个实施例的复合降频转换层的示意图；

图4是根据本发明的再另一个实施例的复合降频转换层的示意图；

图5是根据本发明的再另一个实施例的复合降频转换层的示意图；

图6是根据本发明的再另一个实施例的复合降频转换层的示意图；

图7是根据本发明的一个实施例的光伏器件的示意图；

图8是根据本发明的另一个实施例的光伏器件的示意图；

图9A是根据本发明的示范性实施例的光伏器件的示意图；

图9B是根据本发明的示范性实施例的光伏器件的示意图；

图9C是根据本发明的示范性实施例的光伏器件的示意图；

图10示出根据本发明的示范性实施例的复合降频转换层的显微照片；

图11是示出根据本发明的示范性实施例的CdTe PV模块的提高的效率的图表。

具体实施方式

如下文详细论述的，本发明的实施例中的一些向光学表面提供层或涂层来改进能量转换。这些实施例有利地减少由于寄生吸收和热化机制引起的光的损耗。本发明的实施例描述具有提高的效率的光伏器件，其具有设置该光伏器件的表面上的这样的层。

如在本文中在说明书和权利要求书中使用的近似语言可应用于修饰任何定量表示，其可以获准地改变而不引起它与之有关的基本功能中的变化。因此，由例如“大约”等术语或多个术语修饰的值不限于规定的精确值。在一些实例中，该近似语言可对应于用于测量该值的仪器的精确度。

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