太阳电池下转换光伏玻璃的研制

摘要

受禁带宽度的限制，通常单结太阳电池在波长小于400nm的波段范围的外量子效率均比较低。但是，如果在此类太阳电池表面覆盖具有下转换功能的光伏玻璃，就可将高能的光子转换成低能的光子，增加入射的可见光光子数目，从而提高太阳电池的光电转换效率。
　　本文分别采用旋涂法和浸渍提拉法，在光伏玻璃表面涂敷上掺有Sr2B2O5∶Eu3+，Na+荧光粉的PMMA薄膜和SiO2∶Eu3+薄膜，研究它们对多晶硅太阳电池性能的影响。结果如下：
　　(1)采用高温固相法在850℃合成了Sr2B2O5∶Eu3+，Na+发光材料，该材料可在394nm波长激发下，发射580nm、593nm、613nm和621nm波长的可见光，且在613nm处的发光最强。当激活剂Eu3+的掺杂浓度为11％时发光强度最好;样品的最佳烧结时间为3h;引入电荷补偿剂K+、Na+、Li+离子，都可使得荧光粉发光强度有所增强，但Na+离子的效果比Li+和K+好。将镀了含有Sr2B2O5∶Eu3+，Na+荧光粉的PMMA薄膜的光伏玻璃盖在多晶硅电池片上，测试它对电池性能的影响。结果表明:太阳电池的外量子效率在360-410nm波段和500-1000nm波段处得到了提高，并且短路电流密度增加了0.296mA/cm2，而填充因子和开路电压基本没有变化，电池光电转换效率净提高了0.15％。
　　(2)通过溶胶-凝胶法制得了SiO2溶胶，研究了陈化时间对其粘度的影响，发现9天内该溶胶的粘度基本稳定。然后采用浸渍提拉法在光伏玻璃表面镀上SiO2薄膜，当提拉速度为90mm/min时，制得的镀膜光伏玻璃的透光率最佳，达到95.8％，提高了3.9％。在光伏玻璃表面镀上SiO2减反膜使多晶硅电池的短路电流密度提高了0.501 mA/cm2，开路电压和填充因子基本保持不变，光电转换效率净提高了0.23％。在SiO2溶胶的制备工艺和镀膜工艺的基础上，通过掺杂Eu3+制备了SiO2∶Eu3+薄膜。SiO2∶Eu3+溶胶在394nm波长激发下，分别在580nm、592nm、617nm处有发射峰，其中在617nm处的发射峰的强度最大。Eu3+的掺杂质量占溶胶质量3％时，发光强度最大。将镀有SiO2∶ Eu3+薄膜的光伏玻璃覆盖在多晶硅电池上，测量其光电性能，结果表明:短路电流密度提高了0.972 mA/cm2，开路电压和填充因子基本保持不变，电池光电转换效率净提高了0.39％。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 太阳电池基础

1．2．1 太阳电池的发电原理

1．2．2 太阳电池的特性参数

1．3 下转换层的研究背景

1．3．1 下转换机制

1．3．2 下转换层的基质材料

1．3．3 下转换层的发光材料

1．4 下转换层在太阳电池中的应用

1．4．1 下转换层在硅太阳电池的应用

1．4．2 下转换层在多元化合物电池的应用

1．4．3 下转换层在染料敏化太阳电池的应用

1．5 稀土发光材料

1．5．1 稀土离子的发光和猝灭

1．5．2 稀土发光材料的组成

1．5．3 稀土元素的电子结构

1．5．4 稀土离子的发光机理

1．6 下转换光伏玻璃及其应用

1．7 本论文的研究目的和内容

第二章 实验材料及研究方法

2．1 实验药品与仪器

2．1．1 实验药品

2．1．2 实验仪器

2．2 表征方法

2．2．1 热重分析法

2．2．2 X射线衍射分析

2．2．3 红外光谱分析

2．2．4 激发光谱和发射光谱测试

2．2．5 扫描电子显微镜

2．2．6 太阳电池性能测试

第三章 掺有SriB2O5：Eu3+，Na+的PMMA下转换薄膜的制备

3．1 引言

3．2 实验过程

3．2．1 光伏玻璃的清洗

3．2．2 镀有Sr2B2O5：Eu3+，Na+荧光粉的下转换光伏玻璃的制备

3．2．3 样品的表征

3．3．结果与讨论

3．3．1 TGA-DTG分析

3．3．2 Sr2B2O5：Eu3+，Na+荧光粉的XRD衍射图谱分析

3．3．3 样品的光谱特性分析

3．3．4 Eu3+的掺杂浓度对样品发光性能的影响及浓度猝灭机理的研究

3．3．5 烧结时间对荧光粉发光强度的影响

3．3．6 电荷补偿剂对荧光粉发光性能的影响

3．3．7 Sr2B2O5：Eu3+，Na+荧光粉的形貌分析

3．3．8 镀有Sr2B2O5：Eu3+，Na+荧光粉的下转换光伏玻璃对多晶硅电池性能的影响

3．4 本章小结

第四章 SiO2薄膜的制备及其对多晶硅太阳电池性能的影响

4．1 引言

4．2 实验

4．2．1 光伏玻璃的清洗

4．2．2 SiO2溶胶的制备

4．2．3 SiO2减反膜的镀膜工艺

4．2．4 表征与测试方法

4．3 结果与讨论

4．3．1 样品的XRD分析

4．3．2 样品的红外光谱分析

4．3．3 陈化时间对SiO2溶胶粘度的影响

4．3．4 提拉速度对SiO2减反膜透光率的影响

4．3．5 SiO2薄膜的形貌分析

4．3．6 镀有SiO2减反膜的光伏玻璃对多晶硅电池性能的影响

4．4 本章小结

第五章 SiO2：Eu3+薄膜的制备及其对多晶硅电池性能的影响

5．1 引言

5．2 实验

5．2．1 光伏玻璃的清洗

5．2．2 Eu3+掺杂的SiO2溶胶的制备

5．2．3 SiO2：Eu3+减反膜的镀膜工艺

5．3 结果与讨论

5．3．1 TGA-DTG分析

5．3．2 Eu3+掺杂SiO2薄膜的荧光特性

5．3．3 Eu3+掺杂浓度对SiO2：Eu3+发光强度的影响

5．3．4 镀有SiO2：Eu3+薄膜的光伏玻璃对多晶硅太阳电池性能的影响

5．4 本章小结

第六章 结论及展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

硕士期间的学术成果

致谢