[发明专利]用于太阳能电池的转换材料

说明书

技术领域

本发明涉及用于太阳能电池的转换材料(converter material)。

背景技术

现有技术太阳能电池由于各种原因无法实现理论效率(由所谓“肖克利-奎伊瑟”极限所确定)。因此，通过或者改变太阳能电池材料或者添加另外成份等，已经进行许多尝试来提高太阳能电池的效率。可替换地，太阳能电池的成本可以通过使用太阳能集中器来降低。随着每Wp的成本降低，两种措施都具有增加太阳能电池的使用的潜在性。

太阳能电池增大的一个策略是引入转换材料，该转换材料(最期望地)具有在期望波长区域中的宽带吸收和线发射。然而已知的转换材料不是很多，并且因此存在对可替换转换材料的不断需求。这些材料用在所谓的发光太阳能集中器(LSC)中。阳光投射在大区域上，被转换为更长波长的光并且随后被引导到光伏元件。以此方式，可以显著减小将被使用的昂贵的光伏材料的数量。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于太阳能电池的转换材料，其能够降低成本，并且通过在合适波长区域中的宽带吸收和线发射而增大太阳能电池的深蓝/UV辐射的转换效率。

此目的是通过根据本发明权利要求1的用于太阳能电池的转换材料实现。因此，提供一种用于太阳能电池的转换材料，其包括Sm²⁺掺杂的无机材料。

令人惊奇地发现，对于在本发明内的宽范围应用，这种用于太阳能电池的转换材料具有下述优点中的至少其一：

包括Sm²⁺的材料对于许多应用采用大的斯托克斯频移；

当低于400nm太阳能电池的转换效率迅速降低时，效率增大；

当本发明材料在诸如LSC的太阳能电池中使用时，太阳能电池的成本降低；

另外，许多本发明材料表现出宽的可调谐吸收谱；

在大多数本发明材料中可以观察到线发射，这防止了重新吸收(禁戒跃迁)；

另外已经发现，所述线发射(几乎)不依赖于主晶格，使得能够与干涉过滤器组合使用超过一种发光材料(以吸收尽可能多的阳光)，从而保持太阳能电池内的发射。

优选地用于太阳能电池的转换材料用于太阳能电池的转换材料选自包括下述的群组：氧化物、氮化物、氧氮化物、硼化物、硼酸盐、磷酸盐材料及其混合物。这些材料已经在实践中被发现是有利的。附加地或可替换地，根据本发明的另一实施例，转换材料选自包括下述的群组：含有碱金属和/或碱土金属的材料。

根据本发明的优选实施例，转换材料带隙为≥4.5eV。这对于许多应用是有利的，因为随后已经发现，在带隙值太小的材料中，受激发的Sm²⁺离子容易氧化为Sm³⁺并且这导致发射的猝灭。优选地转换材料带隙为≥5eV。

根据优选实施例，未掺杂材料为无色材料，其在用Sm²⁺掺杂时变为有色。

术语“无色”特别是指和/或包括该材料在可见波长区域中不具有吸收或者吸收≤10%，而术语“有色”相反地特别是指和/或包括该材料在可见波长区域中具有吸收和/或发射(优选地大于50%)。

根据优选实施例，转换材料包括碱土金属硼酸盐，优选地结构为EA_1-xB₄O₇:Sm_x的材料，EA为碱土金属或碱土金属的混合物。优选地EA为Sr和/或Ba。

此材料已经在实践中表现为非常良好的转换材料，如下文所将描述。

本发明进一步涉及Sm²⁺在用于太阳能电池的转换材料中作为吸收体和/或发射体的用途。

另外本发明涉及一种太阳能电池，其使用本发明材料或者利用Sm²⁺在用于太阳能电池的转换材料中作为吸收体和/或发射体。

优选地转换材料以纳米颗粒形式被提供在所述太阳能电池中，优选地平均颗粒尺寸为≥1nm且≤1μm，优选地≥100nm且≤500nm，最优选地≥50nm且≤100nm。当转换体(converter)存在于光导中时这是特别有利的，因为假设光导和磷光体材料的折射率(n)匹配(典型地△n<0.05)，散射损失以此方式被减小。

可替换地转换材料以粒子形式被提供在所述太阳能电池中，平均颗粒尺寸为≥1μm，更优选地≥5μm。当转换层相对于光的方向置于光导之下时，这种布置是特别有利的。