光能电池及其红光转换层的利记博彩app

专利名称：：光能电池及其红光转换层的利记博彩app光能电池及其红光转换层发明所属
技术领域：
本发明系关于一种能源
技术领域：
。具体而言，是指一种硅基光能电池及其红光转换层，其不同于石油、天然气和煤炭等资源，其可通过转换层提升太阳能电池的光转换效率。先前技术光能电池，更确切地说是硅基光能电池作为自备能源广泛应用于移动通信器材、微机、照明光源等现代技术中。对于宇宙航行目标，专业硅基太阳能电池是唯一的供给能源，这是与创造太阳能电池的研究领域相关联的一个特殊方向。硅基太阳能电池的设计开始于20世纪中期，更确切地说是20世纪60年代，当时人们正在积极地开发近地宇宙空间。硅基太阳能电池的积极倡导者是美国、苏俄以及日本的科学家和工程师。这些最初的研究成果编录于专题论文集(请参照"半导体辐射能量转换"408页，莫斯科，外国文献出版社，1959年)。按照最初的分类人们迸行了如下划分l.光电辐射能量转换器；2.热电辐射能量转换器；以及3.半导体电磁辐射转换器。请参照图1,其绘示了一般硅基光能电池的结构示意图。如图所示，可以将硅基光阳能电池理解为一种装置，在这个装置中具有壳体10,其可容置硅基光能电池，在壳体10中安置有硅基片20,在该硅基片20的表面为p-n接面薄层30。上述结构的硅基光能电池在光线40照射的情况下可产生能量，此外，其还具有一电极系统50、一转换层60，且于该转换层60上面覆盖了一层玻璃70。对于硅基光能电池而言，可应用一些参数来说明其特征。这些参数首先是电池电压V,单位为伏特，电池电流J,单位为安培，电池最大供给电功率W,单位为瓦特，以及电池的最重要参数-实际效率4,其单位为％。正如大家所熟知的，当地球表面受到太阳照射时，太阳照射到地球表面能量功率为0.1W/cm2或1000W/m2。关于硅基光能电池的实际效率，人们理解为电池所达到的功率与作用于电池表面的太阳光功率的比值。硅基光能电池这个最重要的参数在大量的科学和专利文献中得以研究。依据大量的计算，譬如E.S.Rittner.所提出(请参照PhysRev.V96N6，1708，1954)，对于具有宽禁区Eg=l.leV的材料，其效率为25%。这一理论值被认为是非常准确的，以致在最近50年中没有变化。按照这些值，照明时当硅基光能电池面积为lm2,太阳光功率为1000W/ii^时，能获得250W的电功率。因为这个理论值(请参照PhysRev.V96N6，1708,1954)的准确性，在50年的时间里，使用硅基作为主要构件的最好的太阳能电池的效率为2022%(请參照www.comp.krit.ru/index.DhD网站的资料)。全世界许多公司生产的工业太阳能电池，譬如〃SunTech〃、〃Motech〃等，其效率为14.518%。有关这种实际效率和最大计算值具有不适应性的详细原因是本专利申请的目标和对象。为了指出这一最重要的原因，本发明比较了两种曲线，它们在图5及图6中引用。图5中揭示了北纬38度八月正午时分的太阳光谱辐射。对于这一曲线我们进行了专业的测量，因为在这些宽度和白昼条件下能够很好地再现太阳常数值0.1W/cm2。对于太阳辐射光谱曲线的特征，其为极值类型，光谱最大值位于波长入-473土5nm,并且这一最大值不会因为太阳的位置和角度而有所改变，只有大气现象能改变极值位置，譬如浓雾、多云以及强降雨天气。图6中引用了硅基光能电池光敏光谱曲线值-沿坐标横轴被吸收辐射的纳米级波长，坐标轴具有查定定额uA/mW。曲线最大值为A=960980nm,光敏值为600uA/mW，这时当位于A=400nm的区域光敏值总计为230"A/mW。在太阳辐射光谱最大值区域光敏值有些高，然而这个值320uA/mW低于硅光敏最大值将近2倍。图5与图6的曲线是不相似的，针对此一不相似性的研究并不多。本发明的申请人已于中国台湾096105011申请案中指出其中之一。在这一申请案中提出了源于两种荧光粉的复合转换层。这种转换层首先被入max=470nm的太阳光激发，此后在A=580590nm的区域发光。第一种荧光粉被这一发光的波长激发，荧光粉激发最大值正好位于入-588nm的光谱辐射。第二种荧光粉的发光具有A=l0001020nm区域的光谱最大值，也就是说接近于硅基光能电池光敏度的光谱最大值。适合于计算值并依据这一模型-原型将光能电池的效率提升到2530%。这些硅基光能电池所达到的极高效率为1619.5%,无疑超过效率的现实值。然而，尽管上述技术的硅基光能电池及其转换层具有高绝对效率值，但它们仍具有一些缺陷l.在一种转换层中必须使用两种荧光粉，这影响到硅基光能电池表面照明度的均匀性；以及2.所使用的辐射波长为入=9901000nm的第二种荧光粉对于单晶硅片产生热作用。
发明内容为解决上述已知技术的缺点，本发明的主要目的系提供一种硅基光能电池及其红光转换层，其可实现创造高效率硅基光能电池的可能性。为解决上述已知技术的缺点，本发明的另一目的系提供一种硅基光能电池及其红光转换层，其可提升硅基光能电池所产生电压的范围。为解决上述已知技术的缺点，本发明的另一目的系提供一种硅基光能电池及其红光转换层，其可增大硅基光能电池的短路电流。为达到上述目的，本发明提供一种硅基光能电池，其系由一硅片构件组，覆盖一玻璃，以及于两者之间的一转换层组成，其特征在于该转换层可吸收太阳辐射的紫外线、蓝-紫或黄-绿光部分，同时将其光变换为光致发光，该转换层可吸收太阳辐射的最大值，使该转换层的光致发光光谱最大值位于单晶硅光敏性光谱区域。其中，该玻璃可为脱色锋面玻璃。其中，该光致发光位于电磁波谱的橙色、红色、近红外线以及中红外线次能带。其中，该转换层所吸收太阳辐射的最大值为入:470490nm。其中，该转换层的光致发光光谱最大值位于该硅基光能电池的光敏性光谱区域，其为A=700900nm区域。其中，该转换层系由纳米尺寸的含氧无机荧光粉粉末所组成，该荧光粉系由周期系统IEA及IVA族元素所制备，并具有立方结晶构造，在此情况下，该荧光粉粉末的几何尺寸小于辐射于它的光波波长，即cLp突<入光o其中，该转换层中填充有乙基乙酸乙烯酯或聚碳酸酯类型的透光聚合物，该聚合物中填充a-Al203-Ti203组成的荧光粉，且该荧光粉均匀分布于透光聚合物中，其体积浓度为0.05%5%。其中，该转换层中进一步添加激活剂钛离子，其中钛离子的氧化度为Ti+3。其中，它的锋面部分具有蓝-淡绿色泽，对于第一级太阳辐射的吸收效率^6075%。其中，该转换层对于太阳辐射的有效利用可增加1528%。为达到上述目的，本发明提供一种红光转换层，其可吸收太阳辐射的紫外线、蓝-紫或黄-绿光部分，同时将其光变换为光致发光，该转换层可吸收太阳辐射的最大值，使该转换层的光致发光光谱最大值位于单晶硅光敏性光谱区域。其中，该光致发光位于电磁波谱的橙色、红色、近红外线以及中红外线次能带。其中，该转换层所吸收太阳辐射的最大值为入:470490nm。其中，该转换层系由纳米尺寸的含氧无机荧光粉粉末所组成，该荧光粉系由周期系统IIIA及IVA族元素所制备，并具有立方结晶构造，在此情况下，该荧光粉粉末的几何尺寸小于辐射于它的光波波长，即(Lp炎<入光o其中，该转换层中填充有乙基乙酸乙烯酯或聚碳酸酯类型的透光聚合物，该聚合物中填充a-Al203-Ti203组成的荧光粉，且该荧光粉均匀分布于透光聚合物中，其体积浓度为0.05%5%。其中，该转换层进一步添加激活剂钛离子，其中钛离子的氧化度为Ti+3。其中，该转换层对于太阳辐射的有效利用可增加1528%。实施方式首先，本发明的目的在于消除上述硅基光能电池的缺点。请参照图2，为了达到这个目标，本发明的硅基光能电池1系由一硅片构件组2，覆盖一玻璃4，以及于两者之间的一转换层3组成，其特征在于，，该转换层3可吸收太阳辐射的紫外线、蓝-紫或黄-绿光部分，同时将其光变换为光致发光，该转换层3可吸收太阳辐射的最大值，使该转换层3的光致发光光谱最大值位于单晶硅光敏性光谱区域。其中，该玻璃4可为脱色锋面玻璃。其中，该光致发光位于电磁波谱的橙色、红色、近红外线以及中红外线次能带。其中，该转换层3所吸收太阳辐射的最大值为入=470490nm。其中，该转换层3的光致发光光谱最大值位于该单晶硅的光敏性光谱区域，其为入=700900nm区域。其中，该转换层3系由纳米尺寸的含氧无机荧光粉粉末所组成，该荧光粉系由周期系统mA及IVA族元素所制备，并具有立方结晶构造，在此情况下，该荧光粉粉末的几何尺寸小于辐射于它的光波波长，即dw荧<入光o其中，该转换层3中填充有乙基乙酸乙烯酯或聚碳酸酯类型的透光聚合物31，该聚合物31中填充a-八1203-1^03组成的荧光粉32，且该荧光粉32均匀分布于透光聚合物31中，其体积浓度为0.05%~5%。其中，该转换层3中进一步添加激活剂钛离子，其中钛离子的氧化度为Ti+3。其中，它的锋面部分具有蓝-淡绿色泽，对于第一级太阳辐射的吸收效率^6075%。其中，该转换层3对于太阳辐射的有效利用可增加1528%。本发明以图5及图6的曲线为基础计算了这两个参数的乘积求得一新曲线的光谱类型，其定义为图3。图3中这种新曲线指出了最容易被单晶硅太阳能电池1所承受的太阳光谱部分。该新曲线光谱最大值的特点是在入=780860nm的区域变化。这种计算的结果指出了创造用于单晶硅太阳能电池的新型转换层的最佳方案。根据本发明所提出的构造，硅基光能电池1由以下构件组成，安置在壳体5中的硅基片2,覆盖的抗反射玻璃4以及安置于其中并进行直接接触的转换层3，该转换层3具有不同寻常的光学性质。首先，该转换层3强烈吸收太阳可见光谱紫外线、紫色、蓝色、浅蓝色、绿色和黄绿色区域的辐射。其次，该转换层3中的材料在吸收激发的辐射光后发射光线，此发光光谱最大值位于A-760780nm的区域。最后，全部辐射区域位于光谱次能带从入=640920nm，也就是说实际上与本发明所计算的太阳能电池板最佳效率的曲线相符合(请参照图3)。以下接着说明，该转换层3吸收光谱最大值与太阳辐射光谱最大值符合，也就是说位于A=470490nm的区域。本发明所提出的新型转换层3的光学-物理性质可显示在图4中，其中左曲线适合于转换层对于第一级太阳辐射的吸收，这时右曲线适合于在红色、暗红色和近红外线电磁波谱区域转换层材料的宽频带发光。具有该转换层3的硅基光能电池1的优点是可提升光能电池的效率，这取决于硅基光能电池装置的最重要的特点，其特征在于该转换层系由纳米尺寸的含酸无机荧光粉32所组成，该荧光粉32由周期系统IIIA和IVA族元素制作而成，具有六边形结晶构造，在这种情况下，粉末几何尺寸小于辐射于它的光波波长，(1。^<入*，并均匀分布在转换层3的透光热塑性聚合物31中，该荧光粉32的体积浓度为0.05%5%。以下将详细指出本发明的转换层3的新性质。首先，为了减少转换层3的光学饱和度，则随后填充超细散荧光粉32粉末，其中荧光粉32分布于聚合物31的容积中。于本发明的工作过程中发现，使用纳米尺寸荧光粉32代替已知微米尺寸(或更大尺寸)的荧光粉可实质性提升转换层3的光学透光度，其物理解释包括第一，具有超细散粉末的介质，其的尺寸小于激发波长或辐射于它的波长并遵循散射规律。按照瑞利定律，大分散粉末与光相互作用适应于这一定律，它的散射值与分散微粒面积成比例。第二，荧光粉32粉末源于含氧无机荧光粉，由HIA和IVA族元素制作而成。第三，纳米尺寸荧光粉32粉末具有a-Al203架构，也就是说具有六边形结晶构造。必须指出，无机荧光粉32粉末的几何尺寸小于辐射于它的光波长，也就是iftd5o荧<入光W&dcp荧<入光。第四，荧光粉32粉末均匀地分布于聚合物31容积中，彼此间距很大。这一间距大于粉末的几何尺寸的150100倍，也就是说约为2550nm。可以确定，间距为50nm(或更小)以内，一个荧光粉32辐射微粒不与其它微粒相邻。第五，荧光粉32分布非常均匀，为转换层3容积的0.055%。当荧光粉32粉末体积浓度小于0.05%时，辐射于它的发光的亮度低。发光亮度值低不能实质性提升太阳能电池效率。如果荧光粉32粉末容量变得更高，为大于5%,那么光致发光强度从所达到的最大值开始下降。当荧光粉32粉末体积浓度为最佳时，其光致发光值最大，这个值正如在本发明中发现的，为容积的0.21.5%。依此，我们能确定硅基光能电池的转换层3的主要光学-物理参数。必须指出，与标准太阳能转换装置相比较，本发明所提出的电池具有实质性增大的参数。于本发明所提出的硅基光能电池中，其电压值范围增至5.6V,也就是说提升了2025%，同时短路电流值增大，其单位面积的硅基光能电池具有更高的功率，这是本发明所提出装置的非常重要的特点。本发明的硅基光能电池的这些特点源于其自身所具有的本质特性，其转换层3系由a41203基质荧光粉32组成，并添加激活离子-钛离子，且钛离子氧化度为Ti+3。以下将阐释本发明所提出的技术处理的实质，包括使用a-型氧化铝，被氧化度为+3的钛激活。首先关于铝的氧化物，已知有这样一些晶体类型5-Al203、S-Al203及a-A1203。最初的两种类型(艮卩S-Al2〇3、S-Al2Ch)具有斜方形和单斜构造且密度太低=3.5g/cm3。对于S-Al203,晶格参数很高，因而能设想S-Al2〇3内部的静电场不是很强。对于a-Al2Ch，这种材料密度增大了1215%,这也决定了材料晶格内部具有很高的静电场。Ti+3的激活伴随着+4价(TiCb)的还原，如图所示(l-x)Al203+xTi02—(H2)—(l-x)Al203+xTi203+H20—Al2-xTix03+H20。根据等价机构，Al2Ch晶格中Ti"位置的发生替换，并形成按照一定浓度配置的Th03和a41203无机固溶体。本发明发现，当浓度[Th03]〉5呢时，随后固溶体在a-八1203分布为两种形式Th03溶解于AK)3以及AM)3溶解于ThO"因而，在A1203中加入更高浓度的Th03并不适合。以下将指出，当a-Al203中Ti203浓度发生变化时，光致发光亮度变化形式并不单一起初亮度的增长实际上按照加入Ti2Cb的浓度呈比例变化，然后随着浓度饱和，亮度开始减少。根据荧光粉32发光亮度最大值可以确定最佳浓度值，这时a-Al203-Ti203浓度范围为0.52.5%的质量分率。作为这种过程的最简单的变化类型，本发明采用混合物固相烧结法进行实验，Al2〇3+Ti2〇3—(H2-N2)—Al2〇3-Ti203，混合物为原来的纳米尺寸Al203及Ti203的粉末。还能采用更复杂的合成方案，譬如Al2(S04)3+TiOS04+4NH4OH—Al(OH)3+Ti(OH)4+4(NH4)2S〇4，随后在还原介质中对已沉淀的氢氧化物混合物进行灼烧。本发明还指出，与A1+3(ta1=0.58A)相比较，Ti+3具有更大的离子半径。由于这个原因，当《-Al203及ThCh混合物进行热处理时，发生在已合成的a-A1203粉末碎化。如果传统的a-A1203粉末的合成源于S-Al2〇3,这种粉末平均尺寸为d5Q—m，那么随着平均粉末尺寸减小到d5Q—0.48~0.50"m，这种Th03发生了激活作用。这样，从本发明所提出的荧光粉32粉末的分散度增大的观点来看，钛离子是Al203被激活的直接原因。这时粉末形状绝大部分为片状或针状，并形成尖锐的棱角和缺口。d-d内部跃迁决定了Ti+3强烈的光致发光。在d-d-跃迁作用下，Ti+3的辐射和吸收对于a-八1203晶格的静电场产生作用。因而根据图4得出结论，Ti"的吸收具有宽钟形式。a-八1203-1^03荧光粉32辐射曲线具有很大的半波宽。同时本发明指出，这种辐射余辉持续时间短，为te—20us。在温度范围320450K下，这种短余辉持续时间实际上不发生变化。这是本发明所提出的荧光粉32非常重要的特点，因为硅基光能电池和作为其内层的转换层3能直接加热到高温，即T>060。C。如果将本发明的含有转换层3的硅基光能电池与一般已知电池类型进行比较，即可以得出以下表格表1<table>tableseeoriginaldocumentpage16</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage17</column></row><table>从表1中可以得出结论，本发明所提出的单晶硅太阳能电池具有高的电学参数，为标准工业生产模件值的1.21.25倍。根据这些高的参数值可以指出，在致力于本发明的工作过程中我们制作的硅片-组件与标准样品相比，其效率高出2628%。如果制作源于高电阻硅组件的硅基光能电池，那么效率增长量降低到1516%，然而硅基光能电池中将补偿更高的输出电压。此外本发明还提供一种红光转换层3,其可吸收太阳辐射的紫外线、蓝-紫或黄-绿光部分，同时将其光变换为光致发光，该转换层3可吸收太阳辐射的最大值，使该转换层3的光致发光光谱最大值位于硅基光能电池光敏性光谱区域。其中，该光致发光位于电磁波谱的橙色、红色、近红外线以及中红外线次能带。其中，该转换层3所吸收太阳辐射的最大值为A=470490nm。其中，该转换层3系由纳米尺寸的含氧无机荧光粉32粉末所组成，该荧光粉32系由周期系统IIIA及IVA族元素所制备，并具有立方结晶构造，在此情况下，该荧光粉粉末的几何尺寸小于辐射于它的光波波长，艮卩dcP荧<入光。其中，该转换层3中填充有乙基乙酸乙烯酯或聚碳酸酯类型的透光聚合物31，该聚合物31中则填充a-八1203-1^03组成的荧光粉32，且该荧光粉32均匀分布于透光聚合物31中，其体积浓度为0.05%5%。其中，该转换层3进一步添加激活剂钛离子，其中钛离子的氧化度为Ti+3。其中，该转换层3对于太阳辐射的有效利用可增加1528%。其详细技术特征请参照上述的说明，在此不拟重复赘述。综上所述，本发明的硅基光能电池及红光转换层具有可实现创造高效率硅基光能电池的可能性；可提升硅基光能电池所产生电压的范围；以及可增大硅基光能电池的短路电流等优点，因此，确可改善已知硅基光能电池的缺点。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而其并非用以限定本发明，任何熟习此技艺者在不脱离本发明的精神和范围内当可作少许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的权利要求书所界定的为准。图式简单说明图1为一示意图，其绘示一般硅基光能电池的结构示意图壳体10、硅基片20、p-n接面薄层30、光线40、电极系统50、转换层60、玻璃70。图2为一示意图，其绘示本发明一较佳实施例的硅基光能电池的结构示意图硅基光能电池1、硅片构件组2、转换层3、聚合物31、荧光粉32、玻璃4、壳体5。图3为一示意图，其绘示以图5及图6曲线为基础计算这两个参数的乘积求得一新曲线的光谱类型定义的示意图。图4为一示意图，其绘示本发明的转换层3的光学-物理性质。图5中揭示了北纬38度八月正午时分的太阳光谱辐射的示意图，其是在2004年11月15日15点在隧道中通过风光辐射计(LI-1800，EKO)测量的太阳辐射。图6中引用了硅基光能电池光敏光谱曲线值-沿坐标横轴被吸收辐射的纳米级波长，其坐标轴具有査定定额pA/mW。权利要求1.一种硅基光能电池，其系由一硅片构件组，覆盖一玻璃，以及于两者之间的一转换层组成，其特征在于该转换层可吸收太阳辐射的紫外线、蓝-紫或黄-绿光部分，同时将其光变换为光致发光，该转换层可吸收太阳辐射的最大值，使该转换层的光致发光光谱最大值位于单晶硅光敏性光谱区域。2.如权利要求1所述的硅基光能电池，其中该玻璃可为脱色锋面玻璃。3.如权利要求1所述的硅基光能电池，其中该光致发光位于电磁波谱的橙色、红色、近红外线以及中红外线次能带。4.如权利要求3所述的硅基光能电池，其中该转换层所吸收太阳辐射的最大值为入=470490nm。5.如权利要求1所述的硅基光能电池，其中该转换层的光致发光光谱最大值位于该单晶硅的光敏性光谱区域，其为入=700900nm区域。6.如权利要求1所述的硅基光能电池，其中该转换层系由纳米尺寸的含氧无机荧光粉粉末所组成，该荧光粉系由周期系统niA及IVA族元素所制备，并具有立方结晶构造，在此情况下，该荧光粉粉末的几何尺寸小于辐射于它的光波波长，即dcp荧〈A光。7.如权利要求1所述的硅基光能电池，其中该转换层中填充有乙基乙酸乙烯酯或聚碳酸酯类型的透光聚合物，该聚合物中填充a-八1203-^203组成的荧光粉，且该荧光粉均匀分布于透光聚合物中，其体积浓度为0.05%5%。8.如权利要求7所述的硅基光能电池，其中该转换层中进一步添加激活剂钛离子，其中钛离子的氧化度为Ti"。9.如权利要求1所述的硅基光能电池，其中它的锋面部分具有蓝-淡绿色泽，对于第一级太阳辐射的吸收效率^6075%。10.如权利要求1所述的硅基光能电池，其中该转换层对于太阳辐射的有效利用可增加1528%。11.一种红光转换层，其可吸收太阳辐射的紫外线、蓝-紫或黄-绿光部分，同时将其光变换为光致发光，该转换层可吸收太阳辐射的最大值，使该转换层的光致发光光谱最大值位于硅基光能电池光敏性光谱区域。12.如权利要求11所述的红光转换层，其中该光致发光位于电磁波谱的橙色、红色、近红外线以及中红外线次能带。13.如权利要求11所述的红光转换层，其中该转换层所吸收太阳辐射的最大值为入=470490nm。14.如权利要求11所述的红光转换层，其中该转换层的光致发光光谱最大值位于该单晶硅的光敏性光谱区域，其为入=700900nm区域。15.如权利要求11所述的红光转换层，其系由纳米尺寸的含氧无机荧光粉粉末所组成，该荧光粉系由周期系统IIIA及IVA族元素所制备，并具有立方结晶构造，在此情况下，该荧光粉粉末的几何尺寸小于辐射于它的光波波长，即dcp荧〈入光。16.如权利要求11所述的红光转换层，其中该转换层中填充有乙基乙酸乙烯酯或聚碳酸酯类型的透光聚合物，该聚合物中填充a-八1203-1^03组成的荧光粉，且该荧光粉均匀分布于透光聚合物中，其体积浓度为0.05%5%。17.如权利要求16所述的红光转换层，其中该转换层进一步添加激活剂钛离子，其中钛离子的氧化度为Ti+3。18.如权利要求11所述的红光转换层，其中该转换层对于太阳辐射的有效利用可增加1528%。全文摘要本发明系关于一种光能电池及其红光转换层，该转换层的特征在于可吸收太阳光谱紫外线、紫、蓝、浅蓝、黄-绿部分，并变换为红光、暗红光以及近红外线的次能带辐射。该转换层的吸收光谱最大值位于λ＝470～490nm的区域，再辐射光谱最大值位于700～900nm的区域，与硅基太阳能电池最佳灵敏度区域相符合。在本发明的硅基太阳能电池中，该转换层填充乙基乙酸乙烯酯或聚碳酸酯类型的透光聚合物，聚合物中填充α-Al₂O₃-Ti₂O₃组成的荧光粉，其辐射量子效率达到90％。文档编号H01L31/055GK101188255SQ20071015231公开日2008年5月28日申请日期2007年9月26日优先权日2007年9月26日发明者索辛纳姆,罗维鸿,蔡绮睿申请人:罗维鸿