[发明专利]光谱转换材料、转光层材料、复合膜与太阳能电池

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能电池材料技术领域，尤其涉及光谱转换材料、转光层材料、复合膜与太阳能电池。

背景技术

可持续绿色能源是未来开发新能源的重点，太阳能是一种可再生能源。我国太阳能资源丰富，积极开发利用太阳能，推进光伏发电可有效缓解能源危机、大气污染等。但是太阳能电池光电转换效率低，如晶硅太阳能电池，其理论光电转换效率仅为31％。由于电池的能带结构和太阳光谱不匹配，太阳能电池光谱响应范围约为300～1100nm，而在紫外波段和红外波段响应度非常低，几近于零。为了提高光电转换效率，研究者将研究方向集中在如何使太阳能电池全谱吸收入射太阳光而转化为电。

稀土元素中具有较强上转换发光和下转换发光的离子较多，如铈、镨、钐、铕、铽和镝稀土元素具有下转换发光特性；而钬、铒、铥和镱具有上转换发光特性。因此通过选择适当的基质材料或配体，可以实现较好的上下转换发光，得到新性能的材料。稀土光谱转换材料通过选择合适的稀土离子和基质并优化化学配比，可以吸收波长低于300nm和高于1100nm的太阳光，并转换为可见光，从而提高电池的光电转换效率。

SrAl₂O₄：Eu²⁺，Dy³⁺稀土光谱转换材料是1996年发现的，该种材料可采用多种方法制备，例如固相反应法、共沉淀法、燃烧法、溶胶-凝胶法等。一般制备原料都是Eu³⁺，为了得到Eu²⁺，可使用氢气、一氧化碳、活性炭和氨气等还原剂。SrAl₂O₄：Eu²⁺，Dy³⁺稀土光谱转换材料同时具有上转换和下转换发光特性，但是作为光谱转换材料用于太阳能电池上并有效提高光电转换效率鲜见报道。

李伟等人用0.5mol％TTFA：Eu³⁺+0.5mol％PHBA：Tb³⁺作为活性组分，正硅酸乙酯、γ-缩水甘油醚丙基三甲氧基硅烷、无水乙醇和水为原料，按TEOS:GPTMS:C₂H₅OH:H₂O＝1:1:8:8.比例成膜后作为电池的减反膜，对薄膜硅太阳能电池的效率具有提升作用。

赵曙辉等人用新的合成方法合成了稀土配合物Eu(TTA)₃Phen。研究了该配合物的IR、UV、TGA、元素分析和荧光光谱。该配合物具有良好的发光性能和热稳定性。采用加热方法将Eu(TTA)₃Phen掺入PMMA树脂中，制成发光塑料树脂，并测定其发光性能。结果表明，Eu(TTA)₃Phen掺入PMMA树脂后仍保持该稀土配合物原有的发光特性，制成的Eu(TTA)₃Phen-PMMA树脂复合材料具有良好的发光性能，其发光强度与Eu(TTA)₃Phen掺入的含量有关。M.Kennedy et al.利用Eu(TTA)₃Phen络合物具有大的斯托克斯迁移的特点作为染料敏化太阳能电池(DSSC)的紫外阻挡层来提高其稳定性，将Eu(TTA)₃Phen络合物与聚乙烯醇缩丁醛(PVB)成膜后，不但提高了染料敏化太阳能电池的稳定性，而且还提高了电池的短路电流。

转光层由光谱转换材料及其载体材料组成。光谱转换材料可以是有机材料，也可以是无机材料。利用光谱转换材料的特性可以实现转光层的下转换或上转换方式，将太阳能电池不能有效响应的紫外光或红外光转换为电池能够有效响应的可见光，从而提高电池的光电转换效率。由此，本申请提供了一种转光层材料以提高太阳能电池的光电转换效率。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供一种能够提高太阳能电池光电转换效率的转光层材料。

有鉴于此，本申请提供了一种光谱转换材料，包括：如式(Ⅰ)所示的无机稀土光谱转换材料与如式(Ⅱ)所示的有机稀土光谱转换材料，所述无机稀土光谱转换材料与有机稀土光谱转换材料的质量比为1:200～16:1；

SrAl₂O₄：Eu²⁺_x，Dy³⁺_y (Ⅰ)；

Eu(TTA)₃Phen(Ⅱ)；

其中，0.01≤x≤0.06，0.005≤y≤0.04。