环保的多光子多层量子剪裁锗或硅锗太阳能电池的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种多光子多层量子剪裁锗或硅锗太阳能电池，包括锗基片，位于锗基片上的锗或硅锗太阳能电池，以及位于锗或硅锗太阳能电池受光表面侧的选自吸收波长在280nm至385nm范围内的紫外光并且发出四倍的红外光子的第一量子剪裁层；吸收波长在370nm至525nm范围内的紫外-蓝光并且发出三倍的红外光子的第二量子剪裁层；和吸收波长在480nm至820nm范围内的蓝绿光-橙红光并且发出二倍的红外光子的第三量子剪裁层中的至少两层量子剪裁层。本发明利用多光子红外量子剪裁效应实现了透过损耗与热化损耗几乎都可忽略的、利用全波段太阳能光谱实现更宽谱段更高效的锗或硅锗太阳能电池，其光电转换效率可以达到聚光多结太阳能电池的效率并且是环保的。
【专利说明】环保的多光子多层量子剪裁锗或硅锗太阳能电池
【技术领域】
[0001] 本发明涉及太阳能电池【技术领域】，尤其涉及环保的（聚光）锗或硅锗太阳能电池。
【背景技术】
[0002] 面对现在全球能源面临的矿物燃料资源的逐渐枯竭与环境污染的问题，太阳能 电池的应用已被提上了各国政府的议事日程。现在限制太阳能作为一般电源使用的主要 障碍，仍然是成本高和效率低。目前，太阳能电池的主流为结晶硅太阳电池，占电力用太 阳能电池生产的90%，且难于迅速提高光电转换效率。对于结晶硅太阳能电池，效率达到 24. 7%，极限值为29%。作为低成本化技术所期望的非结晶（amorphous)硅太阳能电池及 微结晶硅太阳能电池，现在的效率相应为14. 5%、16%;估算的极限效率为18. 5%、29%。薄 膜型的太阳能电池效率大约为7%?12%。与此对比，InGaP/GaAs/Ge(或InGaP/InGaAs/ Ge)的三结太阳电池，在聚光情况下已实现40. 7%的效率。聚光多结太阳能电池的发电效 率已远大于硅太阳能电池与薄膜型的太阳能电池，且聚光多结太阳能电池的发电成本也小 于硅太阳能电池与薄膜型的太阳能电池。但是，砷是一种毒性很大的高毒类金属，因此，以 GaAs为核心的第三代聚光多结太阳能电池是不环保的。目前仍亟需一种能够提高太阳能电 池的光电转换效率，低成本且环保的技术。
【发明内容】
[0003] 本发明旨在解决现有技术中的上述技术问题，提供一种环保的、低成本的具有高 光电转换效率的太阳能电池。
[0004] 具体而言，本发明涉及以下内容：
[0005] 1.-种的多光子多层量子剪裁锗或硅锗太阳能电池，其包括锗基片，位于锗基片 上的锗或硅锗太阳能电池，以及位于锗或硅锗太阳能电池的受光表面侧的至少两层量子剪 裁层，所述至少两层量子剪裁层选自：吸收波长在280nm至385nm范围内的紫外光并且通过 稀土尚子的四光子红外量子剪裁效应发出四倍的红外光子的第一量子剪裁层；吸收波长在 370nm至525nm范围内的紫外-蓝光并且通过稀土离子的三光子红外量子剪裁效应发出三 倍的红外光子的第二量子剪裁层；和吸收波长在480nm至820nm范围内的蓝绿光-橙红光 并且通过稀土离子的双光子红外量子剪裁效应发出二倍的红外光子的第三量子剪裁层。
[0006] 其中，第一量子剪裁层的吸收波长范围优选为375-385nm;第二量子剪裁层的吸 收波长范围优选为440-525nm;第三量子剪裁层的吸收波长范围优选为650-820nm。
[0007] 2.根据上述1所述的多光子多层量子剪裁锗或硅锗太阳能电池，其中所述至少两 层量子剪裁层以从第一至第二量子剪裁层或从第一至第三量子剪裁层的顺序在光入射方 向上排列。
[0008] 3.根据上述任一项所述的多光子多层量子剪裁锗或硅锗太阳能电池，其中所述至 少两层量子剪裁层分别是由含有稀土离子的磷光粉材料、玻璃陶瓷、晶体或非晶、玻璃或镀 膜形成的层，所述稀土离子为Tm3+或Er3+。
[0009] 4.根据上述任一项所述的多光子多层量子剪裁锗或硅锗太阳能电池，其中所述 至少两层量子剪裁层是由含Tm3+的磷光粉材料形成的层，并且其中第一量子剪裁层敏化约 357nm的1D2能级随后发出四倍的红外光子，第二量子剪裁层敏化约459nm的1G4能级随后 发出三倍的红外光子，第三量子剪裁层敏化约680nm的3F3能级和约800nm的3H4能级随后 发出两倍的红外光子。
[0010] 5.根据上述4所述的多光子多层量子剪裁锗或硅锗太阳能电池，其中第一至第三 量子剪裁层中含有选自Eu2+、Bi3+、Ce3+、Na+、Ag+、K+、Li+和Yb2+的敏化剂，优选Eu2+和Bi3+。
[0011] 6.根据上述任一项所述的多光子多层量子剪裁锗或硅锗太阳能电池，其中第一量 子剪裁层由Eu2+Tm3+:Ba(PO3) 2磷光粉等材料形成，第二量子剪裁层由Bi3+Tm3+ :YNbO4磷光粉 等材料形成，第三量子剪裁层由CanyAlSiN3 :XEu2+yTm3+磷光粉等材料形成，其中X范围为 〇_1，y范围为〇_1。
[0012] 7.根据1至3中任一项所述的多光子多层量子剪裁锗或硅锗太阳能电池，其中所 述至少两层量子剪裁层是由含Er3+的磷光粉材料形成的层，并且其中第一量子剪裁层敏化 约381nm的4G11/2能级随后发出四倍的红外光子，第二量子剪裁层敏化约520nm的2Hiv2能 级随后发出三倍的红外光子，第三量子剪裁层敏化约658nm的4F9/2与约820nm的419/2能级 随后发出两倍的红外光子。
[0013] 8.根据上述7所述的多光子多层量子剪裁锗或硅锗太阳能电池，其中第一至第三 量子剪裁层中含有选自Eu2+、Bi3+、Ce3+、Na+、Ag+、K+、Li+和Yb2+的敏化剂，优选Eu2+和Bi3+。
[0014] 9.根据上述7或8所述的多光子多层量子剪裁锗或硅锗太阳能电池，其中第一量 子剪裁层由Eu2+Er3+ :BaBP05磷光粉等材料形成，第二量子剪裁层由Eu2+Er3+ :SrAl204磷光粉 等材料形成，第三量子剪裁层由Ca (Al/Si)2N2 (NhOx):Eu2+Er3+磷光粉等材料形成，其中X为 0_1〇
[0015] 10.根据上述任一项所述的多光子多层量子剪裁锗或硅锗太阳能电池，其还具有 位于光入射表面侧的聚光系统，优选菲涅尔透镜。
[0016] 本发明的发明人发现：锗太阳能电池在大于25°C温度的时候在820至1850nm波 长范围有很好很强的光谱灵敏响应，锗太阳能电池几乎可以吸收所有太阳光谱的红外光因 此它的透过损耗几乎可以忽略（图1)。但是，锗太阳能电池对于紫外-可见光区的光的响 应很小。另外，硅锗太阳能电池在500至1650nm波长范围有很强的光谱灵敏响应，硅锗太阳 能电池几乎可以吸收所有太阳光谱的红外光，因此它的透过损耗接近几乎可以忽略。本发 明利用Tm3+或Er3+等稀土离子的多光子量子剪裁，把位于紫外-可见光区的光通过双光子、 三光子和四光子量子剪裁效应转化为能够被锗或硅锗太阳能电池高效利用的红外光，从而 充分利用紫外-可见光极大地提高太阳能电池的效率。
[0017] 在本发明的优选方面，利用敏化剂提高Tm3+和Er3+等稀土离子的跃迁强度，实现能 够满足锗或硅锗太阳能电池的光谱响应的、高效的敏化的多光子量子剪裁，从而大幅度提 高红外量子剪裁太阳能电池的效率。而且对于各层所用的基质也进行了优选，以确保各层 在选择性吸收一定波长范围的光的同时能够透过下面的层所需的一定波长范围的光。
[0018] 在本发明中，利用稀土铥离子与铒离子等的多光子红外量子剪裁效应实现多层多 光子红外量子剪裁聚光锗或硅锗太阳能电池，做到透过损耗与热化损耗几乎全都可以忽 略，从而利用全波段太阳能光谱实现更宽谱段更高效的280-1800nm(或280-1650nm)的太 阳能电池。它比第一代晶硅太阳能电池与第二代薄膜太阳能电池的发电效率要提高很多， 同时相比于第三代的聚光多结太阳能电池又解决了第三代的聚光多结太阳能电池含有剧 毒的砷而不环保的问题。本发明的多层多光子量子剪裁聚光锗或硅锗太阳能电池的光电转 换效率完全可以达到聚光多结太阳能电池的效率并且远远超过单结硅电池的效率，尤为重 要的是本发明的多层多光子量子剪裁聚光锗或硅锗太阳能电池是完全环保的。
【专利附图】
【附图说明】
[0019] 图1为锗太阳能电池的光谱响应；
[0020] 图2为荧光接收波长设置在800nm的时候，（Wma2J3Al5O12和（B) (Yq.M5TmaQ(l5) 3A15012磷光粉的可见激发光谱；
[0021] 图3为荧光接收波长设置在1788nm的时候，（A) (Wma2J3A15012与（B) (Ya995Tmatltl5)3Al5O12磷光粉的激发光谱；
[0022] 图4为激发波长等于 357.Onm3H6 - 1D2 的时候，（A)(Y。.，Tm。. 2。。) 3A15012 与（B) (Ya995Tmatltl5)3Al5O12 磷光粉的发光谱；
[0023]图 5 为激发波长等于 680.Onm3H6 - 3F3 的时候，（A) (Ya,Tma2QQ) 3A15012 和（B) (Ya995Tmatltl5)3A15012磷光粉的发光光谱。
[0024] 图6为Tm3+与敏化剂双掺材料的能级结构图和量子剪裁过程示意图。
[0025]图 7 为 4I9/2,4S3/2,2H11/2,4F7/2,4F5/2,（2G4F2H)9/2,4G11/2 和 4G9/2 能级受激的Era3Gda7VO4 晶体材料的红外荧光发射光谱；
[0026] 图8为Er3+与敏化剂双掺材料的能级结构图和量子剪裁过程示意图；
[0027] 图9为具有三层Tm3+离子多光子量子剪裁层的锗太阳能电池的一个结构。
【具体实施方式】
[0028] 以下参考具体实施例详细说明本发明，但是这些实施例不以任何方式限制本发明 的范围。
[0029] 实施例I. Tm3+离子的多光子红外量子剪裁发光
[0030] 本实施例以（YhTmx) 3A15012磷光粉为例，研究了Tm3+离子的多光子红外量子 剪裁发光。（YpxTmx)3Al5O12 磷光粉为按照文献记载（IkesueA.，FrustaI.，Kamatak， FabricationofpolycrystallinetransparentYAGceramicsbyasolidstate reactionmethod.JournaloftheAmericanCeramicSociety，78(I) :225_228,1995)在 1600°C用固体烧结方法制备的。
[0031] 1?荧光激发谱研究
[0032]首先，测量了（A) (Ya8tlJma2J3A15012 和⑶（Ya995Tmatltl5) 3A15012 磷光粉的 800nm接 收荧光的300-710nm的可见激发光谱，结果如图2所示。如图2所示，Tm:YAG磷光粉在紫 外到可见区有三组激发谱信号峰，此三组峰的主峰依次位于357.Onm，459.Onm和680.Onm， 它们依次对应于3H6 - 1D2,3H6 - 1G4，和3H6 -3F3的Tm3+离子的吸收跃迁，图中415. 5nm的小 峰为杂质噪音峰，图中658.Onm的小峰为Tm3+离子的3H6 -3F2的吸收跃迁。图中B为（B) (Ya995Tmatltl5)3Al5O12磷光粉的激发谱信号，A*10为放大十倍的（A) (Wma2J3Al5O12磷光 粉的激发谱信号。（B) (Ya995Tmatltl5)3A15012 磷光粉的 357.Onm3H6 - 1D2,459.Onm3H6 - 1G4 和 680. 0nm3H6 - 3F3 的激发谱信号强度依次比（A) (Ya8tlJma2J3Al5O12 磷光粉大了 21. 00, 72. 50 和 122. 88 倍。
[0033]其次，测量了（A) (Ya8ciciTma2citl)3A15012 和⑶（Ya995Tmatltl5)3A15012 磷光粉的 1788nm 接收红外荧光的300-850nm的激发光谱，结果如图3所示。测量发现Tm:YAG磷光粉的红 外激发光谱在300-850nm区域也有三组激发谱信号峰，此三组峰的主峰依次位于357.Onm， 460. 5nm和680.Onm，依次对应于3H6 - 1D2,3H6 - 1G4，和3H6 - 3F3的Tm3+离子的吸收跃迁，图 中（762.0.Onm，781.Onm，821.Onm)的次峰为Tm3+离子的3H6^3H4的吸收跃迁。图中A为（A) (Y〇.Jma2(J3A15012磷光粉的激发谱信号，B为⑶（Ya995Tm_5) 3A15012磷光粉的激发谱信号。 ⑷（Y〇.8〇〇Tm〇.2〇〇)3Al5012 磷光粉的 357.Onm3H6 - 1D2JeO. 5nm3H6 - 1G4 和 680.Onm3H6 - 3F3 的 激发谱信号强度依次比（B) (Ya995Tmatltl5)3Al5O12磷光粉大了 15. 87,11. 81和6. 68倍。1788nm 近红外荧光激发谱信号强度比800nm可见荧光激发谱信号强度完全实现了信号强度反转， 近红外荧光信号强度大大提高。
[0034] 2?发光谱研究
[0035]首先，测量了（A) (Ya8tlJma2J3A15012 和（B) (Ya995Tmatltl5)3A15012 磷光粉的可见区 的荧光发光光谱：选取Tm:YAG磷光粉的357.Onm3H6 - 1D2的激发谱峰作为激发波长，测 量了 418-700nm和700-1000nm的荧光发光光谱，测量的结果如图4所示。如图4所示， Tm:YAG磷光粉在（454. 5nm，460.Onm)有一个很强的发光峰、在（485. 0nm，493. 5nm)有一 个较小的发光峰、在（660.5nm，670.0nm)有一个较小的发光峰、和在（759.0nm，785.0nm， 801.Onm)有一个中等的发光峰，经指认，它们依次是1D2 - 3F4Jg4 - 3H6JG4 - 3F4、和 3H4 - 3H6的发光跃迁。图中B为⑶（Ya995Tmatltl5)3Al5O12磷光粉的发光谱信号，A*10为放 大十倍的（A) (Ya8tlJma2J3Al5O12磷光粉的发光谱信号。⑶（Ya995Tmatltl5)3Al5O12磷光粉的 454.Snm1D2 - 3F4、460.Onm1D2 - 3F4、485.Onm1G4 - 3H6、660.Snm1G4 - 3F4、785.Onm3H4 - 3H6、 和801.Onm3H4 - 3H6的发光谱信号强度依次比（A) (Ya8tlJma2J3Al5O12磷光粉大了 27. 12、 39. 25、21. 20、29. 92、31. 02 和 19. 15 倍。
[0036] 选取了Tm:YAG磷光粉的680.Onm3H6 - 3H4的激发谱峰作为激发波长，测量了 750-1000nm的荧光发光光谱，测量的结果如图5所示。发现Tm:YAG磷光粉在（785.Onm， 798.Onm，804.Onm)有一个 3H4 - 3H6 的中等强度的发光峰，图中B为⑶（Ya995Tmatltl5)3Al5O12 磷光粉的发光谱信号，A*10为放大十倍的（A) (Ya8ciJma2tici) #15012磷光粉的发光谱信号。（B) (Ya995Tmacici5)3Al5O12 磷光粉的 785.Onm3H4 - 3H6、798.Onm3H4 - 3H6 和 804.Onm3H4 - 3H6 的发 光谱信号强度依次比（A) (Ya8tlJma2J3Al5O12磷光粉大了 153. 02、143. 10和125. 00倍。
[0037]接着，测量了（A) (Ya8ciciTma2citl)3A15012 和⑶（Ya995Tmatltl5)3A15012 磷光粉的红外区的 荧光发光光谱，同样，选取Tm:YAG磷光粉的357.Onm3H6 - 1D2的激发谱峰作为激发波长，测 量1200-2800nm的荧光发光光谱，测量的结果也如图4所示。发现（A) (Ya8tltlTma2J3Al5O12 磷光粉在（1788.Onm，1908.Onm，2018.Onm)有一组很强的发光峰，经指认它是3F4 - 3H6的发 光跃迁。图中A为（A) (Wma2J#15012磷光粉的发光谱信号，B为⑶（Ya995Tmacici5)3Al5O12 磷光粉的发光谱信号。（A) (Wma2J3Al5O12磷光粉的1788.Onm3F4 - 3H6、和 2018.Onm3F4 - 3H6的发光谱信号强度依次比（B) (Ya995Tmatltl5)3Al5O12磷光粉大了 17. 30和 29. 11倍。（A) (Wma2J3Al5O12磷光粉的发光谱信号强度比⑶（Ya995Tmatltl5)3Al5O12磷光 粉完全实现了信号强度反转。（A) (Ya8ciJma2tltl)3Al5O12磷光粉的近红外荧光信号强度比（B) (Ya995Tm_5) 3A15012 磷光粉大了很多。
[0038] 选取Tm:YAG磷光粉的680.Onm3H6 - 3H4的激发谱峰作为激发波长，测量了 1200-2800nm的荧光发光光谱，测量的结果也如图5所示。发现（B) (Ya995Tmatltl5)3Al5O12 磷光粉在1478.Onm，（1750.Onm，2022.Onm)，2352.Onm有三组很小的发光峰，经指认它是 3H4 - 3F4、3F4 - 3H6、3F4 - 3H5的发光跃迁。同时发现（A) (Wma2J3Al5O12磷光粉只有在 (1788.Onm，1898.Onm，2018.Onm)有一组很强的 3F4 - 3H6 的发光峰。即Tm:YAG的Tm3+ 离子 的浓度从〇. 5%提高到20%后，3F4能级发光极大的加强了 7. 62倍的同时3H4能级发光大大 的减小了。
[0039] 上述结果表明，（YhTmx)3Al5O12磷光粉由很强的双光子近红外量子剪裁发光现象， 其双光子近红外量子剪裁效率的上限值为174. 95%，更为重要的，首次发现该磷光粉有很 强的1788.Onm3F4 - 3H6荧光的四光子量子剪裁发光现象，四光子近红外量子剪裁效率的上 限值可达282. 12%。
[0040] 实施例2.敏化剂对Tm3+离子的红外量子剪裁的敏化
[0041] 虽然Tm3+离子的红外量子剪裁可以有很高的效率，但是因为Tm3+离子的f-f跃迁 属于部分禁戒跃迁，它的积分振子强度只有1〇_6,因此它对太阳光的总吸收很小利用率很 低。为了提高红外量子剪裁太阳能电池的效率，引入Eu 2+、Bi3+、Ce3+、Na+、Ag+、K +、Li+、Yb2+等 敏化剂，因为它们的f_d电子组态间跃迁的积分振子强度可到接近1，在近紫外到可见区有 强而宽的吸收，从而可以较大幅度提高红外量子剪裁太阳能电池的效率。
[0042] 图6显示了敏化剂对Tm3+离子的红外量子剪裁的敏化的一个能级示意图，其中利 用敏化剂的f-d电子组态间跃迁和Tm3+离子的3H4Jg4Jd2Ji6等能级的吸收，充分利用高激 发电子组态的允许跃迁的强的振子强度和宽的吸收截面，在紫外到可见区吸收了强而宽的 太阳光谱能量，该强而宽的太阳光谱能量随后经能量传递传给了激活中心Tm3+离子的义等 能级。
[0043] 实施例3.Er3+尚子的红外量子剪裁发光
[0044] 本实施例以Era3Gda7VO4晶体为例，研究了Er3+离子的多光子红外量子剪裁发光。 Era3Gda7VO4 晶体为按照文献记载（ZaguniennyiAI，OstoumovVG，ShcherbakovIA， JensenT，MeynJP，andHuberG1992Sov.J.Quant.Electron. 221071)用单晶提拉法制 备出来的。
[0045] 首先，测量了Era3Gda7VO4晶体材料的可见区的荧光发射光谱：选取Era3Gda7VO4 晶体材料的吸收峰位 523. 5nm、823. 5nm、381. 0nm、546. 5nm、658. 7nm、491. 5nm、453.Onm、 409.Onm和367. 5nm作为激发波长进行测量，发现Ertl. 3GdQ. 7V04晶体材料在可见区有 411.5nm，524.5nm, (553.0nm，557.0nm)，668.5nm，700.0nm，810.5nm，850.0nm数个可见 荧光峰，经指认，这些荧光为（2G4F2H)9/2 - 4I15/2,2H11/2 - 4I15/2,4S3/2 - 4I15/2,4F9/2 - 4115/2， 4F7/2 - 4I13/2，％/2 - 4I15/2,4S3/2 - 4I13Z2的荧光跃迁。测量得到的可见荧光跃迁和它们的积 分突光强度都列于表1。表1中的557.Onm-栏给的为524. 5nm的2H11/2 - 4115/2突光和 (553.Onm，557.Onm)的4S3/2 - 4115/2荧光的积分荧光强度的和。
[0046] 随后，测量了Era3Gda7VO4晶体材料的红外区的荧光光谱：选取Era3Gda7VO4晶体 材料的吸收峰位 523. 5nm、823. 5nm、381. 0nm、546. 5nm、658. 7nm、491. 5nm、453. 0nm、409.Onm 和367. 5nm作为激发波长进行测量，发现Era3Gda7VO4晶体材料在红外区有999. 5nm和 1532. 5nm的红外荧光峰，经指认，这些荧光为4I11/2 - 4115/2和4I13/2 - 4115/2的荧光跃迁。测 量得到的红外荧光跃迁和它们的积分荧光强度也都列于表1。
[0047] 图7给出了测量得到的红外荧光光谱。图7中的自下而上的第一条线给出了在 823. 5nm激发光激发419/2能级的时候的800nm-1700nm的红外荧光光谱（1648.Onm的窄线 为激发光的谐波），图7中的自下而上的第二条线给出了在546. 5nm激发光激发4S3/2能级 的时候的800nm-1700nm的红外荧光光谱，图7中的自下而上的第三条到第八条线给出了 在523. 5nm激发光激发2H11/2能级、在491. 5nm激发光激发4F7/2能级、在453.Onm激发光激 发4F5/2能级、在409.Onm激发光激发（2G4F2H) 9/2能级、在381.Onm激发光激发4Giv2能级、在 367. 5nm激发光激发4G9/2能级的时候的800nm-1700nm的红外荧光光谱。所有测量条件都 已归一化。且图7和表1所给的所有测量曲线或数据都为校准之后的实验曲线或数据，它 们之间的相对强度已直接可以比较。
[0048]表 1?激发 523. 5nm的 2H11/2 能级、823. 5nm的 419/2 能级、381.Onm的 4Giv2 能级、 546. 5nm的 4Sv2 能级、658. 7nm的 4F9Z2 能级、491. 5nm的 4F7/2 能级、453.Onm的 4F5/2 能级、 409.Onm的（2G4F2H)9/2 能级、和 367. 5nm的 4G9/2 能级的 411. 5nm，557. 0nm，668. 5nm，700.Onm， 810. 5nm，999. 5nm，和1532. 5nm各条荧光线的校准的积分荧光强度和近似的量子剪裁效率 n，。
[0049]表1
[0050]
【权利要求】
1. 一种的多光子多层量子剪裁锗或硅锗太阳能电池，其包括锗基片，位于锗基片上的 锗或硅锗太阳能电池，以及位于锗或硅锗太阳能电池的受光表面侧的至少两层量子剪裁 层，所述至少两层量子剪裁层选自：吸收波长在280nm至385nm范围内的紫外光并且通过 稀土尚子的四光子红外量子剪裁效应发出四倍的红外光子的第一量子剪裁层；吸收波长在 370nm至525nm范围内的紫外-蓝光并且通过稀土离子的三光子红外量子剪裁效应发出三 倍的红外光子的第二量子剪裁层；和吸收波长在480nm至820nm范围内的蓝绿光-橙红光 并且通过稀土离子的双光子红外量子剪裁效应发出二倍的红外光子的第三量子剪裁层。
2. 根据权利要求1所述的多光子多层量子剪裁锗或硅锗太阳能电池，其中所述至少两 层量子剪裁层以从第一至第二量子剪裁层或从第一至第三量子剪裁层的顺序在光入射方 向上排列。
3. 根据权利要求1所述的多光子多层量子剪裁锗或硅锗太阳能电池，其中所述至少两 层量子剪裁层分别是由含有稀土离子的磷光粉材料、玻璃陶瓷、晶体或非晶、玻璃或镀膜形 成的层，所述稀土离子为Tm3+或Er3+。
4. 根据权利要求3所述的多光子多层量子剪裁锗或硅锗太阳能电池，其中所述至少两 层量子剪裁层是由含Tm3+的磷光粉材料形成的层，并且其中第一量子剪裁层敏化约357nm 的1D2能级随后发出四倍的红外光子，第二量子剪裁层敏化约459nm的1G 4能级随后发出三 倍的红外光子，第三量子剪裁层敏化约680nm的3F3能级和约800nm的3H 4能级随后发出两 倍的红外光子。
5. 根据权利要求4所述的多光子多层量子剪裁锗或硅锗太阳能电池，其中第一至第三 量子剪裁层中含有选自Eu2+、Bi3+、Ce3+、Na+、Ag+、K+、Li+和Yb 2+的敏化剂。
6. 根据权利要求4或5所述的多光子多层量子剪裁锗或硅锗太阳能电池，其中第一量 子剪裁层由Eu2+Tm3+ :Ba (P03) 2磷光粉等材料形成，第二量子剪裁层由Bi3+Tm3+ :YNb04磷光粉 等材料形成，第三量子剪裁层由Cai_x_yAlSiN3 :XEu2+yTm3+磷光粉等材料形成，其中x范围为 〇_1，y范围为〇_1。
7. 根据权利要求1所述的多光子多层量子剪裁锗或硅锗太阳能电池，其中所述至少两 层量子剪裁层是由含Er3+的磷光粉材料形成的层，并且其中第一量子剪裁层敏化约381nm 的4G11/2能级随后发出四倍的红外光子，第二量子剪裁层敏化约520nm的2H 11/2能级随后发 出三倍的红外光子，第三量子剪裁层敏化约658nm的4F9/2与约820nm的41 9/2能级随后发出 两倍的红外光子。
8. 根据权利要求7所述的多光子多层量子剪裁锗或硅锗太阳能电池，其中第一至第三 量子剪裁层中含有选自Eu2+、Bi3+、Ce3+、Na+、Ag+、K+、Li+和Yb 2+的敏化剂。
9. 根据权利要求7或8所述的多光子多层量子剪裁锗或硅锗太阳能电池，其中第一量 子剪裁层由Eu2+Er3+ :BaBP05磷光粉等材料形成，第二量子剪裁层由Eu2+Er3+ :SrAl204磷光粉 等材料形成，第三量子剪裁层由Ca (Al/Si) 2N2 (NhOj :Eu2+Er3+磷光粉等材料形成，其中x为 0_1 〇
10. 根据权利要求1所述的多光子多层量子剪裁锗或硅锗太阳能电池，其还具有位于 光入射表面侧的聚光系统。
【文档编号】H01L31/055GK104332520SQ201410424785
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年8月26日 优先权日:2014年8月26日
【发明者】陈晓波, 聂玉昕, 宋增福 申请人:北京师范大学