一种太阳能电池上转换荧光玻璃制备方法 【技术领域】
本发明属于太阳能电池应用技术领域。
背景技术
现有太阳能电池技术多是以硅基材料为主体，其对太阳光中540nm以下的光谱可以有高效率光电能转换功能，其高效率主要集中在近紫外光与蓝绿光之间。对540nm以上的阳光光电转换效率较低。太阳光中有丰富的近红外光，但在太阳能电池光电转换中作用近于零。由于上转换荧光材料可以将近红外不可见光转换为可见光，使该方法成为人们希望提高太阳能利用效率的途径之一。
具有高效率的上转换荧光材料地制备技术较为成熟，其合成工艺简单，成本低廉，在中国专利96122293.X、01138920.6已有充分的揭示。
上转换荧光材料在太阳能电池中提高效率的作用在中国专利200810152280.2、200910078549.1等中已有阐述。
现有技术中不足处是：人们使用上转换荧光材料简单涂敷制成转化层，由于印刷致密性及涂料的遮挡，可见阳光透过率大大降低；进而人们追求上转换荧光材料颗粒减小到纳米，但由于纳米上转换荧光颗粒发光效率太低，通常只有常规发光材料发光效率的2-5％，以至无法实际形成产品应用。
本发明的一种太阳能电池上转换荧光玻璃制备方法，其通过上转换荧光及其表面处理技术，可以高效率的将近红外光转换成可见光，提高太阳能电池转换效率。本发明在使用结构上与已知技术有较大区别，解决了光透过率与发光效率之间制约矛盾。
【发明内容】
本发明的一种太阳能电池上转换荧光玻璃制备方法包括：上转换荧光粉体材料(2)及太阳能电池用无色透明玻璃材料；将上转换荧光粉与透明玻璃材料按1∶50-200重量比例，混合均匀，并制成平板无色透明玻璃(3)，该玻璃封装在太阳能电池(4)正表面。当阳光(1)照射到太阳能电池表面的上转换荧光玻璃时，阳光中的近红外光800-1600nm可以转换成可见光，被太阳能电池所吸收，从而提高太阳能的光电转换效率。
本发明中上转换荧光粉体材料颗粒度在1-5微米，并具有完整的独立单体颗粒；能够保证上转换荧光粉体有较高的发光效率，其吸收700-1600nm近红外光，发射400-540nm的可见光。
本发明中上转换荧光粉体材料制备技术为常规的体材料制备方法。
本发明中涉及的太阳能电池所用无色透明玻璃材料可以是无机玻璃材料、有机玻璃材料、具有无机玻璃成份的胶体溶液。将上转换荧光粉体材料颗粒与上述材料混合后可以制成无色透明玻璃平板，覆盖在太阳能电池表面。
上转换荧光粉体材料颗粒表面可均匀包裹透明散射涂层，透明散射涂层可以是氧化硅、氧化铝、氧化钛、氧化锆中的一种；该涂层可以使近红外光通过，并折射可见光，增加可见光在透明玻璃中的通过率。
【附图说明】
图1太阳能电池上转换荧光玻璃结构图
【具体实施方式】
一种太阳能电池上转换荧光玻璃制备方法包括：上转换荧光粉体材料(2)及太阳能电池用无色透明玻璃材料；将上转换荧光粉与透明玻璃材料按1∶50-200重量比例，混合均匀，并制成平板无色透明玻璃(3)，该玻璃封装在太阳能电池(4)正表面。当上转换荧光粉比例多时，转换效率高，光透过率低；反之，当上转换荧光粉比例少时，转换效率低，光透过率高；最佳比例上转换荧光粉与透明玻璃材料为1∶100。
当阳光(1)照射到太阳能电池表面的上转换荧光玻璃时，阳光中的近红外光800-1600nm可以转换成可见光，被太阳能电池所吸收，从而提高太阳能的光电转换效率。
上转换荧光粉体材料颗粒度在1-5微米，并具有完整的独立单体颗粒；其吸收700-1600nm近红外光，发射400-540nm的可见光。上转换荧光粉体颗粒的均匀性与完整性对发光效率有积极意义。上转换荧光粉发光通常选择发光蓝色或绿色材料，材料体系可以是稀土氟化物、氧化舞、硫化物，也可以是硅酸盐、钨酸盐、铝酸盐等。
本发明中上转换荧光粉体材料制备技术为常规的体材料制备方法。荧光材料颗粒应控制在1-5微米，颗粒大时会影响玻璃的透过率；颗粒小时会降低材料的发光效率。
太阳能电池用的无色透明玻璃材料可以是无机玻璃材料、有机玻璃材料、具有无机玻璃成份的胶体溶液。无机玻璃材料通常以硅酸盐玻璃为主，其与上转换荧光粉体材料混合时应该以粉末形式最佳，再经高温制成平板玻璃，荧光材料在玻璃内部相互可以均匀分布。有机玻璃材料可以是聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或环氧树脂类材料，上转换荧光粉体材料与PMMA粉体及树脂类原料混合时应充分搅拌，保证均匀度；有机玻璃材料的耐候性差于无机玻璃材料。无机玻璃成份的胶体溶液通常是使用硅酸钠溶液，上转换荧光粉体材料可以悬浮在硅酸钠溶液中。将上转换荧光粉体材料颗粒与上述材料混合后可以制成无色透明玻璃平板，覆盖在太阳能电池表面。
本发明中上转换荧光粉体材料颗粒表面可均匀包裹透明散射涂层，透明散射涂层可以是氧化硅、氧化铝、氧化钛、氧化锆中的一种；使用的方式是溶胶凝胶法，选择正硅酸乙酯、钛酸丁酯、异丙醇铝、锆酸乙酯等其中一种，使用醇类稀释或溶解后，与上转换荧光粉体材料颗粒混合，经水解、催化反应、干燥，完成上转换荧光粉体颗粒表面形成氧化硅、氧化铝、氧化钛、氧化锆膜。该涂层可以使近红外光通过，并折射可见光，增加可见光在透明玻璃中的通过率。
本发明优点：
本发明在太阳能电池使用结构上与已知技术有较大区别，解决了光透过率与发光效率之间制约矛盾。本发明可以应用在现有各类太阳能电池面板上，明显提高光电转换效率。并且基本不影响现有玻璃的可见光透过率。
本发明使用低成本方法，直接提高了太阳能电池1-4％光电转换效率，本发明中使用的技术比现有纳米上转换荧光涂层技术提高了80％的转换效率。
实施例1。
取上转换荧光粉体材料1公斤，在含有正硅酸乙酯的水溶液中浸泡2小时，取出烘干，使其表面包裹二氧化硅薄膜。
将上述材料与100公斤的硅酸盐玻璃粉体材料充分混合，经温度600度以上制成上转换荧光平板玻璃。
本上转换荧光平板玻璃覆盖在太阳能电池表面可以提高2％的光电转换效率。
实施例2
取上转换荧光粉体材料10克，在含有钛酸丁酯的水溶液中浸泡1小时，取出烘干，使其表面包裹二氧化钛薄膜。
将上述材料与1500克的环氧树脂混合，经温度100度固化，制成上转换荧光平板环氧玻璃。
本上转换荧光平板树脂玻璃封装在太阳能电池表面，可以提高1％的光电转换效率。
在上面针对本发明较好的实施方式作了举例说明后，对本领域的技术人员来说应明白的是，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，对本发明所作的任何改变和改进都在本发明的范围内。