基于熒光效應(yīng)的窄帶隙高效率光電池的制作方法
【專利說明】
一、
技術(shù)領(lǐng)域
[〇〇〇1]本發(fā)明專利涉及一種利用熒光粉將廣譜太陽能光譜轉(zhuǎn)換為波長較長，但波長相差不大的熒光；熒光驅(qū)動窄帶隙光電池，使太陽能光譜的利用率大大提高；特別涉及帶熒光粉的光電池。
二、
【背景技術(shù)】
[0002]熒光，又作“螢光”，是指一種光致發(fā)光的冷發(fā)光現(xiàn)象。當某種常溫物質(zhì)經(jīng)某種波長較短的入射光(通常是紫外線、X射線、紫色、藍色)照射，吸收光能后進入激發(fā)態(tài)，并且立即激發(fā)并發(fā)出比入射光的波長長的出射光(通常波長在可見光波段)；而且一旦停止入射光，發(fā)光現(xiàn)象也隨之立即消失。具有這種性質(zhì)的出射光就被稱之為熒光。
[0003]光照射到某些原子時，光的能量使原子核周圍的一些電子由原來的軌道躍迀到了能量更高的軌道，即從基態(tài)躍迀到第一激發(fā)單線態(tài)或第二激發(fā)單線態(tài)等。第一激發(fā)單線態(tài)或第二激發(fā)單線態(tài)等是不穩(wěn)定的，所以會恢復(fù)基態(tài)，當電子由第一激發(fā)單線態(tài)恢復(fù)到基態(tài)時，能量會以光的形式釋放，所以產(chǎn)生熒光。
三、

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]要解決的問題:現(xiàn)有技術(shù)太陽能電池的效率:單晶硅發(fā)電效率小于20%，多晶硅發(fā)電效率小于18%。有機半導(dǎo)體的發(fā)電效率小于10%。本專利要解決的問題是提高太陽能光譜的利用率。
[0005]技術(shù)方案:
[0006]利用熒光材料將太陽光中的紫外、紫色、藍色等太陽光譜中波長較短的光線轉(zhuǎn)換為波長較長的光線，波長較長的光線再激發(fā)窄寬帶的光電池，從而充分利用太陽光的各種不同波長光譜的能量，使光電池的效率大大提高。
[0007]工作原理:
[0008]每種半導(dǎo)體材料的太陽能電池都有相應(yīng)的帶隙寬度，當太陽光光譜中的波長與太陽能電池帶隙寬度相差不大時，光能轉(zhuǎn)換為電能的效率最高；太陽能光譜中與光電池的窄帶隙相差較大的太陽光光譜，能量大于光電池帶隙的光子雖然能使光電池發(fā)電，但利用率不高。這樣大量的太陽能光譜光能量都白白浪費了，并且照到光電池上后引起發(fā)熱，使光電池的溫度升高，影響光電池的穩(wěn)定性，縮短光電池使用壽命；
[0009]本發(fā)明利用熒光物質(zhì)將太陽光中的波長較短的光線轉(zhuǎn)換為波長較長的光線，將波長的波長相差很多的光線轉(zhuǎn)換為波長較長但波長相差不大的光線，但光子的能量大于光電池的帶隙寬度，從而使更多光線的光子能激發(fā)太陽能電池發(fā)電，提高光電池的效率。
[〇〇1〇]熒光材料可以是熒光粉涂層、熒光板材、熒光晶體涂層、熒光薄膜、熒光生物材料、
熒光有機材料。
[〇〇11]利用單層光電電池實現(xiàn)廣譜太陽光譜的發(fā)電。
[0012]太陽光(101)，熒光材料(102)，太陽能電池(103);焚光材料(102)可以是熒光材料可以是熒光粉涂層、熒光板材、熒光晶體涂層、熒光薄膜、熒光生物材料、熒光有機材料；焚光材料(102)在太陽能電池(103)上面；太陽光(101)先照射到熒光材料(102)，熒光材料(102)將太陽光中波長較短的光線轉(zhuǎn)換為波長較長的熒光，熒光照射到太陽能電池(103)上面發(fā)電；波長較長的太陽光不能激發(fā)熒光物質(zhì)產(chǎn)生熒光，直接透射到太陽能電池(103)上面發(fā)電。
[0013]利用二層光電池實現(xiàn)廣譜的太陽能發(fā)電。
[0014]太陽光(201)，太陽能電池1 (202)，熒光材料(203)，太陽能電池2(204);由上向下依次是太陽能電池1 (202)，熒光材料(203)，太陽能電池2 (204)構(gòu)成；
[0015]太陽光(201)照射到太陽能電池1 (202)，太陽光譜中波長與太陽能電池1 (202)工作波長相近波長短于光電池光電子躍迀閾值的太陽光激發(fā)太陽能電池1 (202)中的光電子發(fā)電；其它波長的光線透過太陽能電池1 (202)到熒光材料(203)上，波長小于熒光材料的工作波長的經(jīng)過熒光材料(203)產(chǎn)生熒光照射到太陽能電池2(204)上激發(fā)太陽能電池2(204)中的光電子發(fā)電。
[0016]有益效果:
[0017]利用熒光材料將太陽光中的紫外、紫色、藍色等太陽光譜中波長較短的光線轉(zhuǎn)換為波長較長的光線，波長較長的光線再激發(fā)窄寬帶隙光電池，從而充分利用太陽光的各種不同波長光譜的能量，使光電池的效率大大提高。
四、
【附圖說明】
[0018]圖1，由熒光材料和太陽能電池構(gòu)成的兩層高效率的太陽能電池。
[0019]圖2,由太陽能電池?zé)晒馓柲茈姵貥?gòu)成的三層高效率太陽能電池。
五、
【具體實施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施方式進行詳細描述:
[0021]優(yōu)選實例1:利用熒光材料將太陽光中的紫外、紫色、藍色等太陽光譜中波長較短的光線轉(zhuǎn)換為波長較長的光線，波長較長的光線再激發(fā)窄寬帶的光電池，從而充分利用太陽光的各種不同波長光譜的能量，使光電池的效率大大提高。
[0022]工作原理:
[0023]每種半導(dǎo)體材料的太陽能電池都有相應(yīng)的帶隙寬度，當太陽光光譜中的波長與太陽能電池帶隙寬度相差不大時，光能轉(zhuǎn)換為電能的效率最高；太陽能光譜中與光電池的窄帶隙相差較大的太陽光光譜，能量大于光電池帶隙的光子雖然能使光電池發(fā)電，但利用率不高。這樣大量的太陽能光譜光能量都白白浪費了，并且照到光電池上后引起發(fā)熱，使光電池的溫度升高，影響光電池的穩(wěn)定性，縮短光電池使用壽命；
[0024]本發(fā)明利用熒光物質(zhì)將太陽光中的波長較短的光線轉(zhuǎn)換為波長較長的光線，將波長的波長相差很多的光線轉(zhuǎn)換為波長較長但波長相差不大的光線，但光子的能量大于光電池的帶隙寬度，從而使更多光線的光子能激發(fā)太陽能電池發(fā)電，提高光電池的效率。
[0025]熒光材料可以是熒光粉涂層、熒光板材、熒光晶體涂層、熒光薄膜、熒光生物材料、熒光有機材料。
[0026]優(yōu)選實例2:利用單層光電電池實現(xiàn)廣譜太陽光譜的發(fā)電。
[0027]如圖1所示，太陽光(101)，熒光材料(102)，太陽能電池(103);焚光材料(102)可以是熒光材料可以是熒光粉涂層、熒光板材、熒光晶體涂層、熒光薄膜、熒光生物材料、熒光有機材料；熒光材料(102)在太陽能電池(103)上面；太陽光(101)先照射到熒光材料(102)，熒光材料(102)將太陽光中波長較短的光線轉(zhuǎn)換為波長較長的熒光，熒光照射到太陽能電池(103)上面發(fā)電；波長較長的太陽光不能激發(fā)熒光物質(zhì)產(chǎn)生熒光，直接透射到太陽能電池(103)上面發(fā)電。
[0028]優(yōu)選實例3:利用二層光電池實現(xiàn)廣譜的太陽能發(fā)電。
[0029]如圖2所示，太陽光(201)，太陽能電池1 (202)，熒光材料(203)，太陽能電池2(204);由上向下依次是太陽能電池1 (202)，熒光材料(203)，太陽能電池2 (204)構(gòu)成；
[0030]太陽光(201)照射到太陽能電池1 (202)，太陽光譜中波長與太陽能電池1 (202)工作波長相近波長短于光電池光電子躍迀閾值的太陽光激發(fā)太陽能電池1 (202)中的光電子發(fā)電；其它波長的光線透過太陽能電池1 (202)到熒光材料(203)上，波長小于熒光材料的工作波長的經(jīng)過熒光材料(203)產(chǎn)生熒光照射到太陽能電池2(204)上激發(fā)太陽能電池2(204)中的光電子發(fā)電。
[〇〇31]雖然結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施方式進行說明，但本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)作出各種變形或修改，也可以本設(shè)計中的一部分。
【主權(quán)項】
1.基于熒光效應(yīng)的窄帶隙高效率光電池，其特征是: 利用熒光材料將太陽光中的紫外、紫色、藍色等太陽光譜中波長較短的光線轉(zhuǎn)換為波長較長的光線，波長較長的光線再激發(fā)窄寬帶的光電池，從而充分利用太陽光的各種不同波長光譜的能量，使光電池的效率大大提高。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于熒光效應(yīng)的窄帶隙高效率光電池，其特征是: 每種半導(dǎo)體材料的太陽能電池都有相應(yīng)的帶隙寬度，當太陽光光譜中的波長與太陽能電池帶隙寬度相差不大時，光能轉(zhuǎn)換為電能的效率最高；太陽能光譜中與光電池的窄帶隙相差較大的太陽光光譜，能量大于光電池帶隙的光子雖然能使光電池發(fā)電，但利用率不高。這樣大量的太陽能光譜光能量都白白浪費了，并且照到光電池上后引起發(fā)熱，使光電池的溫度升高，影響光電池的穩(wěn)定性，縮短光電池使用壽命； 本發(fā)明利用熒光物質(zhì)將太陽光中的波長較短的光線轉(zhuǎn)換為波長較長的光線，將波長的波長相差很多的光線轉(zhuǎn)換為波長較長但波長相差不大的光線，但光子的能量大于光電池的帶隙寬度，從而使更多光線的光子能激發(fā)太陽能電池發(fā)電，提高光電池的效率。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于熒光效應(yīng)的窄帶隙高效率光電池，其特征是: 熒光材料可以是熒光粉涂層、熒光板材、熒光晶體涂層、熒光薄膜、熒光生物材料。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于熒光效應(yīng)的窄帶隙高效率光電池，其特征是: 太陽光(101)，熒光材料(102)，太陽能電池(103);熒光材料(102)可以是熒光材料可以是熒光粉涂層、熒光板材、熒光晶體涂層、熒光薄膜、熒光生物材料；熒光材料(102)在太陽能電池(103)上面；太陽光(101)先照射到熒光材料(102)，熒光材料(102)將太陽光中波長較短的光線轉(zhuǎn)換為波長較長的熒光，熒光照射到太陽能電池(103)上面發(fā)電；波長較長的太陽光不能激發(fā)熒光物質(zhì)產(chǎn)生熒光，直接透射到太陽能電池(103)上面發(fā)電。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于熒光效應(yīng)的窄帶隙高效率光電池，其特征是: 太陽光(201)，太陽能電池1 (202)，熒光材料(203)，太陽能電池2(204)由上向下依次是太陽能電池1 (202)，熒光材料(203)，太陽能電池2(204)構(gòu)成; 太陽光(201)照射到太陽能電池1 (202)，太陽光譜中波長與太陽能電池1 (202)工作波長相近波長短于光電池光電子躍迀閾值的太陽光激發(fā)太陽能電池1 (202)中的光電子發(fā)電；其它波長的光線透過太陽能電池1 (202)到熒光材料(203)上，波長小于熒光材料的工作波長的經(jīng)過熒光材料(203)產(chǎn)生熒光照射到太陽能電池2(204)上激發(fā)太陽能電池2(204)中的光電子發(fā)電。
【專利摘要】本發(fā)明基于熒光效應(yīng)的窄帶隙高效率光電池。利用熒光材料將太陽光中的紫外光、紫色光、藍色光等太陽光譜中波長較短的光線轉(zhuǎn)換為波長較長的光線，轉(zhuǎn)換后的熒光的波長相差不大，轉(zhuǎn)換后的熒光再激發(fā)窄寬帶隙的光電池，從而充分利用太陽光的各種不同波長光譜的能量，使光電池的效率大大提高。各種不同半導(dǎo)體材料的光電池都有相應(yīng)的帶隙寬度，太陽光譜中的波長決定光子能量，當太陽光光譜中的光子能量與光電池帶隙寬度相差不大時，太陽光線中的光子能激發(fā)太陽能半導(dǎo)體中的電子躍遷，從而實現(xiàn)光電池發(fā)電；太陽能光譜中與光電池的窄帶隙相差較大的太陽光光譜并不能引起太陽能半導(dǎo)體的光電子的激發(fā)，不能發(fā)電。
【IPC分類】H01L31/0232
【公開號】CN105322033
【申請?zhí)枴緾N201510592941
【發(fā)明人】顧士平
【申請人】顧士平
【公開日】2016年2月10日
【申請日】2015年9月12日