基于荧光效应的窄带隙高效率光电池的制作方法
【专利说明】
一、
技术领域
[〇〇〇1]本发明专利涉及一种利用荧光粉将广谱太阳能光谱转换为波长较长，但波长相差不大的荧光；荧光驱动窄带隙光电池，使太阳能光谱的利用率大大提高；特别涉及带荧光粉的光电池。
二、
【背景技术】
[0002]荧光，又作“萤光”，是指一种光致发光的冷发光现象。当某种常温物质经某种波长较短的入射光(通常是紫外线、X射线、紫色、蓝色)照射，吸收光能后进入激发态，并且立即激发并发出比入射光的波长长的出射光(通常波长在可见光波段)；而且一旦停止入射光，发光现象也随之立即消失。具有这种性质的出射光就被称之为荧光。
[0003]光照射到某些原子时，光的能量使原子核周围的一些电子由原来的轨道跃迀到了能量更高的轨道，即从基态跃迀到第一激发单线态或第二激发单线态等。第一激发单线态或第二激发单线态等是不稳定的，所以会恢复基态，当电子由第一激发单线态恢复到基态时，能量会以光的形式释放，所以产生荧光。
三、
【发明内容】
[0004]要解决的问题:现有技术太阳能电池的效率:单晶硅发电效率小于20%，多晶硅发电效率小于18%。有机半导体的发电效率小于10%。本专利要解决的问题是提高太阳能光谱的利用率。
[0005]技术方案:
[0006]利用荧光材料将太阳光中的紫外、紫色、蓝色等太阳光谱中波长较短的光线转换为波长较长的光线，波长较长的光线再激发窄宽带的光电池，从而充分利用太阳光的各种不同波长光谱的能量，使光电池的效率大大提高。
[0007]工作原理:
[0008]每种半导体材料的太阳能电池都有相应的带隙宽度，当太阳光光谱中的波长与太阳能电池带隙宽度相差不大时，光能转换为电能的效率最高；太阳能光谱中与光电池的窄带隙相差较大的太阳光光谱，能量大于光电池带隙的光子虽然能使光电池发电，但利用率不高。这样大量的太阳能光谱光能量都白白浪费了，并且照到光电池上后引起发热，使光电池的温度升高，影响光电池的稳定性，缩短光电池使用寿命；
[0009]本发明利用荧光物质将太阳光中的波长较短的光线转换为波长较长的光线，将波长的波长相差很多的光线转换为波长较长但波长相差不大的光线，但光子的能量大于光电池的带隙宽度，从而使更多光线的光子能激发太阳能电池发电，提高光电池的效率。
[〇〇1〇]荧光材料可以是荧光粉涂层、荧光板材、荧光晶体涂层、荧光薄膜、荧光生物材料、
荧光有机材料。
[〇〇11]利用单层光电电池实现广谱太阳光谱的发电。
[0012]太阳光(101)，荧光材料(102)，太阳能电池(103);焚光材料(102)可以是荧光材料可以是荧光粉涂层、荧光板材、荧光晶体涂层、荧光薄膜、荧光生物材料、荧光有机材料；焚光材料(102)在太阳能电池(103)上面；太阳光(101)先照射到荧光材料(102)，荧光材料(102)将太阳光中波长较短的光线转换为波长较长的荧光，荧光照射到太阳能电池(103)上面发电；波长较长的太阳光不能激发荧光物质产生荧光，直接透射到太阳能电池(103)上面发电。
[0013]利用二层光电池实现广谱的太阳能发电。
[0014]太阳光(201)，太阳能电池1 (202)，荧光材料(203)，太阳能电池2(204);由上向下依次是太阳能电池1 (202)，荧光材料(203)，太阳能电池2 (204)构成；
[0015]太阳光(201)照射到太阳能电池1 (202)，太阳光谱中波长与太阳能电池1 (202)工作波长相近波长短于光电池光电子跃迀阈值的太阳光激发太阳能电池1 (202)中的光电子发电；其它波长的光线透过太阳能电池1 (202)到荧光材料(203)上，波长小于荧光材料的工作波长的经过荧光材料(203)产生荧光照射到太阳能电池2(204)上激发太阳能电池2(204)中的光电子发电。
[0016]有益效果:
[0017]利用荧光材料将太阳光中的紫外、紫色、蓝色等太阳光谱中波长较短的光线转换为波长较长的光线，波长较长的光线再激发窄宽带隙光电池，从而充分利用太阳光的各种不同波长光谱的能量，使光电池的效率大大提高。
四、
【附图说明】
[0018]图1，由荧光材料和太阳能电池构成的两层高效率的太阳能电池。
[0019]图2,由太阳能电池荧光太阳能电池构成的三层高效率太阳能电池。
五、
【具体实施方式】
[0020]下面结合附图对本发明的实施方式进行详细描述:
[0021]优选实例1:利用荧光材料将太阳光中的紫外、紫色、蓝色等太阳光谱中波长较短的光线转换为波长较长的光线，波长较长的光线再激发窄宽带的光电池，从而充分利用太阳光的各种不同波长光谱的能量，使光电池的效率大大提高。
[0022]工作原理:
[0023]每种半导体材料的太阳能电池都有相应的带隙宽度，当太阳光光谱中的波长与太阳能电池带隙宽度相差不大时，光能转换为电能的效率最高；太阳能光谱中与光电池的窄带隙相差较大的太阳光光谱，能量大于光电池带隙的光子虽然能使光电池发电，但利用率不高。这样大量的太阳能光谱光能量都白白浪费了，并且照到光电池上后引起发热，使光电池的温度升高，影响光电池的稳定性，缩短光电池使用寿命；
[0024]本发明利用荧光物质将太阳光中的波长较短的光线转换为波长较长的光线，将波长的波长相差很多的光线转换为波长较长但波长相差不大的光线，但光子的能量大于光电池的带隙宽度，从而使更多光线的光子能激发太阳能电池发电，提高光电池的效率。
[0025]荧光材料可以是荧光粉涂层、荧光板材、荧光晶体涂层、荧光薄膜、荧光生物材料、荧光有机材料。
[0026]优选实例2:利用单层光电电池实现广谱太阳光谱的发电。
[0027]如图1所示，太阳光(101)，荧光材料(102)，太阳能电池(103);焚光材料(102)可以是荧光材料可以是荧光粉涂层、荧光板材、荧光晶体涂层、荧光薄膜、荧光生物材料、荧光有机材料；荧光材料(102)在太阳能电池(103)上面；太阳光(101)先照射到荧光材料(102)，荧光材料(102)将太阳光中波长较短的光线转换为波长较长的荧光，荧光照射到太阳能电池(103)上面发电；波长较长的太阳光不能激发荧光物质产生荧光，直接透射到太阳能电池(103)上面发电。
[0028]优选实例3:利用二层光电池实现广谱的太阳能发电。
[0029]如图2所示，太阳光(201)，太阳能电池1 (202)，荧光材料(203)，太阳能电池2(204);由上向下依次是太阳能电池1 (202)，荧光材料(203)，太阳能电池2 (204)构成；
[0030]太阳光(201)照射到太阳能电池1 (202)，太阳光谱中波长与太阳能电池1 (202)工作波长相近波长短于光电池光电子跃迀阈值的太阳光激发太阳能电池1 (202)中的光电子发电；其它波长的光线透过太阳能电池1 (202)到荧光材料(203)上，波长小于荧光材料的工作波长的经过荧光材料(203)产生荧光照射到太阳能电池2(204)上激发太阳能电池2(204)中的光电子发电。
[〇〇31]虽然结合附图对本发明的实施方式进行说明，但本领域普通技术人员可以在所附权利要求的范围内作出各种变形或修改，也可以本设计中的一部分。
【主权项】
1.基于荧光效应的窄带隙高效率光电池，其特征是: 利用荧光材料将太阳光中的紫外、紫色、蓝色等太阳光谱中波长较短的光线转换为波长较长的光线，波长较长的光线再激发窄宽带的光电池，从而充分利用太阳光的各种不同波长光谱的能量，使光电池的效率大大提高。2.根据权利要求1所述的基于荧光效应的窄带隙高效率光电池，其特征是: 每种半导体材料的太阳能电池都有相应的带隙宽度，当太阳光光谱中的波长与太阳能电池带隙宽度相差不大时，光能转换为电能的效率最高；太阳能光谱中与光电池的窄带隙相差较大的太阳光光谱，能量大于光电池带隙的光子虽然能使光电池发电，但利用率不高。这样大量的太阳能光谱光能量都白白浪费了，并且照到光电池上后引起发热，使光电池的温度升高，影响光电池的稳定性，缩短光电池使用寿命； 本发明利用荧光物质将太阳光中的波长较短的光线转换为波长较长的光线，将波长的波长相差很多的光线转换为波长较长但波长相差不大的光线，但光子的能量大于光电池的带隙宽度，从而使更多光线的光子能激发太阳能电池发电，提高光电池的效率。3.根据权利要求1所述的基于荧光效应的窄带隙高效率光电池，其特征是: 荧光材料可以是荧光粉涂层、荧光板材、荧光晶体涂层、荧光薄膜、荧光生物材料。4.根据权利要求1所述的基于荧光效应的窄带隙高效率光电池，其特征是: 太阳光(101)，荧光材料(102)，太阳能电池(103);荧光材料(102)可以是荧光材料可以是荧光粉涂层、荧光板材、荧光晶体涂层、荧光薄膜、荧光生物材料；荧光材料(102)在太阳能电池(103)上面；太阳光(101)先照射到荧光材料(102)，荧光材料(102)将太阳光中波长较短的光线转换为波长较长的荧光，荧光照射到太阳能电池(103)上面发电；波长较长的太阳光不能激发荧光物质产生荧光，直接透射到太阳能电池(103)上面发电。5.根据权利要求1所述的基于荧光效应的窄带隙高效率光电池，其特征是: 太阳光(201)，太阳能电池1 (202)，荧光材料(203)，太阳能电池2(204)由上向下依次是太阳能电池1 (202)，荧光材料(203)，太阳能电池2(204)构成; 太阳光(201)照射到太阳能电池1 (202)，太阳光谱中波长与太阳能电池1 (202)工作波长相近波长短于光电池光电子跃迀阈值的太阳光激发太阳能电池1 (202)中的光电子发电；其它波长的光线透过太阳能电池1 (202)到荧光材料(203)上，波长小于荧光材料的工作波长的经过荧光材料(203)产生荧光照射到太阳能电池2(204)上激发太阳能电池2(204)中的光电子发电。
【专利摘要】本发明基于荧光效应的窄带隙高效率光电池。利用荧光材料将太阳光中的紫外光、紫色光、蓝色光等太阳光谱中波长较短的光线转换为波长较长的光线，转换后的荧光的波长相差不大，转换后的荧光再激发窄宽带隙的光电池，从而充分利用太阳光的各种不同波长光谱的能量，使光电池的效率大大提高。各种不同半导体材料的光电池都有相应的带隙宽度，太阳光谱中的波长决定光子能量，当太阳光光谱中的光子能量与光电池带隙宽度相差不大时，太阳光线中的光子能激发太阳能半导体中的电子跃迁，从而实现光电池发电；太阳能光谱中与光电池的窄带隙相差较大的太阳光光谱并不能引起太阳能半导体的光电子的激发，不能发电。
【IPC分类】H01L31/0232
【公开号】CN105322033
【申请号】CN201510592941
【发明人】顾士平
【申请人】顾士平
【公开日】2016年2月10日
【申请日】2015年9月12日