[发明专利]作为太阳能模组系统所用封装的提高日光采集效率的波长转换材料

说明书

本申请是申请日为2012年9月28日、发明名称为“作为太阳能模组系统所用封装的提高日光采集效率的波长转换材料”的中国专利申请201280001372.5(PCT申请号PCT/US2012/058070)的分案申请。

相关申请的引用

本专利申请要求2011年12月6日提交的第61/567,548号美国临时专利申请和2012年6月21日提交的第61/662,848号美国临时申请的优先权。所有上述申请在此通过援引全部并入本文以用于所有目的。

发明背景

技术领域

本发明的实施方案通常涉及用于太阳能电池、太阳能电池板或光伏装置的包含发光波长转换材料的封装结构，所述封装结构提高了这些装置的日光采集效率。

相关技术描述

对太阳能的利用提供了传统化石燃料的有前景的替代性能量来源，因此，能够将太阳能转换为电的装置、如光伏装置(也称为太阳能电池)的开发近年来引起了广泛的关注。已经开发了几种不同类型的光伏装置，包括基于硅的装置、III-V和II-VI PN结装置、铜-铟-镓-硒(CIGS)薄膜装置、有机敏化剂(sensitizer)装置、有机薄膜装置以及硫化镉/碲化镉(CdS/CdTe)薄膜装置，仅列举几例。有关这些装置的更多详情可以在诸如Lin等人,“High Photoelectric Conversion Efficiency of Metal Phthalocyanine/Fullerene Heterojunction Photovoltaic Device”(International Journal of Molecular Sciences 2011)等文献中找到。然而，这些装置中有许多种的光电转换效率仍然具有提高的空间，并且对于许多研究人员而言，开发提高这种效率的技术是一持续性挑战。

最近，开发的用来提高光伏装置效率的一项技术是，利用波长下转移膜(down-shifting film)。许多光伏装置不能有效利用整个光谱，因为装置上的材料吸收某些波长的光(通常为较短的UV波长)，而不是使这些光穿过所述材料而到达将其转换成电的光导材料层。波长下转移膜的应用吸收较短波长的光子，并且以更有利的较长波长将它们再发射，随后它们可以被装置中的光导层吸收，并转换成电。

这种现象经常在薄膜CdS/CdTe和CIGS太阳能电池中观察到，这两者都利用CdS作为窗口层。这些薄膜太阳能电池的低廉成本和高效率，近年来已经引起了广泛关注，且典型的商业电池的光电转换效率为10-16％。然而，这些装置的一个问题是，CdS的能隙为约2.41eV，这使得低于514nm波长的光被CdS吸收，而不是穿过而到达其能被转换成能量的光导层。不能有效利用整个光谱，这降低了装置的整体光电转换效率。

许多报道已经公开了利用波长下转移材料来改善光伏装置的性能。例如，第2009/0151785号美国专利申请公开披露了含有波长下转移无机磷光剂材料的基于硅的太阳能电池。第2011/0011455号美国专利申请公开披露了集成太阳能电池，其包括电浆层(plasmonic layer)、波长转换层以及光伏层。第7,791,157号美国专利披露了具有含量子点化合物的波长转换层的太阳能电池。第2010/0294339号美国专利申请公开披露了含有荧光下转移材料的集成光伏装置，然而并未建立实施例。第2010/0012183号美国专利申请公开披露了具有波长下转移光致发光介质的薄膜太阳能电池；然而，未提供实施例。第2008/0236667号美国专利申请公开披露了以薄膜聚合物形式制备的包含无机荧光粉的增强的谱转换膜。然而，上述专利和专利申请公开(它们均通过援引整体并入本文)均将这种额外的波长转换层直接应用于太阳能电池装置的顶部或内部，这增加了制造所述装置的成本，并增加了装置的厚度，这会导致光子向端面外的环境中的损失增加。