[发明专利]一种宽光谱下转换减反多层薄膜提高太阳能电池转换效率的方法

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能电池技术领域，特别涉及一种宽光谱下转换减反多层薄膜提高太阳能电池转换效率的方法。

背景技术

太阳能电池光伏发电是一种清洁、安全的可再生能源，由于受到原理、结构以及材料等诸多方面的限制，传统结构太阳能电池效率的提升面临着重大挑战。太阳能电池及其组件，减反系统对于其光电转换效率起着十分重要的作用。最简单的减反射系统是单层介质减反膜，其折射率一般介于空气折射率和太阳能电池折射率之间。减反射膜的工作原理是基于薄膜干涉原理。入射光在介质膜两表面反射后得两束相干光，选择折射率适当的介质膜材料，可使两束相干光的振幅接近相等，再控制薄膜厚度，使两相干光的光程差满足干涉极小条件，此时反射光能量将完全消除或大大减弱。但是单层减反射膜只能对某个波长和它附近的较窄波段内的光波起增透作用，为在较宽的光谱范围达到更有效的增透效果，常使用多层减反膜。

对于硅等窄带隙材料由于受到带隙的制约作用，大约有30%的太阳光辐射能量因热损失而浪费，这成为制约太阳电池效率提高的瓶颈之一。即当电池吸收高能光子产生“热”载流子，“热”载流子弛豫导带底或价带顶，这部分能量以晶格热的形式损失，即为热损失。将具有量子剪裁下转换效应的发光材料与太阳电池耦合，通过对太阳光谱进行调制有可能实现减少载流子的热损失，提高太阳电池效率。红外下转换材料的研究在最近几年取得了丰富的成果，从2005年首次发现红外量子剪裁现象的Tb³⁺ - Yb³⁺离子对，到Tm³⁺-Yb³⁺、Pr³⁺-Yb³⁺等离子对在大量的材料中都观察到了红外量子剪裁现象。但是由于近红外下转换材料的敏化剂Tb³⁺、Tm³⁺、Pr³⁺等掺杂离子对太阳光的吸收十分有限，难以实现宽光谱转光。

发明内容

本发明的目的是提供一种有效减反又能将较大范围紫外-可见光转到近红外的多层薄膜制备方法。

一种宽光谱下转换减反多层薄膜提高太阳能电池效率的方法其特征在于：选取不同折射率的下转换基质材料，基质材料的折射率n为1<n<3.8；并在基质中掺入稀土离子-Yb³⁺离子对或过渡金属离子-Yb³⁺离子对制备成多层薄膜，并且掺入的稀土离子-Yb³⁺离子对或过渡金属离子-Yb³⁺离子对后的薄膜对紫外-可见光的吸收范围不重合，实现宽光谱转光;且上述多层薄膜的折射率和厚度使反射出薄膜表面的任意两相邻薄膜之间的两相干光的光程差满足干涉极小条件，即两相干光的波峰和波谷相遇，实现最小的多层薄膜表面反射率。

进一步，多层薄膜层数大于或等于2。

进一步，掺入的稀土离子包括Pr³⁺，Tb³⁺，Er³⁺，Eu²⁺，Eu³⁺，Yb²⁺，Ho³⁺，Tm³⁺或Ce³⁺，过渡金属离子包括Ti²⁺，Cr³⁺，Os⁴⁺，Re⁴⁺或Bi³⁺。

进一步，掺入稀土离子或过渡金属离子的摩尔浓度为0.5%-3%，掺入Yb³⁺离子的摩尔浓度为1%-5%。

进一步，制备薄膜的方法包括溶胶-凝胶法、化学浴沉积、脉冲激光沉积、磁控溅射、电子束沉积、化学气相沉积、分子束外延或离子束沉积方法。 

本发明的优点：

本发明的方法提供的一种宽光谱下转换减反多层薄膜提高太阳能电池转换效率的方法，即可以通过薄膜折射率、厚度的匹配实现多层减反效果，又可以在不同薄膜层中掺入不同的稀土离子-Yb³⁺离子对（或过渡金属离子-Yb³⁺离子对），利用掺入的稀土离子或过渡金属离子对光的吸收范围的不同，能够将单一稀土离子或过渡金属离子对光的吸收范围进行有效叠加，实现宽光谱下转换。

附图说明