CN101593783A - 一种高效率太阳能光电转换装置及制造方法 - Google Patents

Abstract

一种高效率太阳能光电转换装置，该装置包括光电池，光电池包括基片、抗反射膜、基片上设置有PN结、电极，该装置还包括光致发光膜、反射膜和聚光膜，在光电池的迎光面上至少设置一层光致发光膜，在光致发光膜的迎光面上至少设置一层反射膜，在反射膜的迎光面上至少设置一层聚光膜。所述的光致发光膜在太阳光激发下可以发射出红外、可见、紫外区间的一种或多种光，其发光波长对应于光电池相应的敏感区，从而提高太阳光的利用率。反射膜透过法线方向入射的太阳光，反射由太阳激发产生的、向后传播的光致发光使之入射至光电池。聚光膜收集到非法线方向入射的慢反射太阳光，进而提高太阳光的利用率。

Description

一种高效率太阳能光电转换装置及制造方法

技术领域

本发明涉及一种太阳能光电转换装置，特别是指一类采用光致发光膜、反射膜与聚光膜来提高太阳能电池效率的光电转换装置。

背景技术

太阳能电池是把太阳光转换为电能的装置，器件通常包含抗反射膜、电极、PN结或PIN结、基板等。

图1所示为公开技术的太阳能电池装置，包括：抗反射膜，基片，布置在所述基片的前电极，布置在所述基片上的PN结，布置在所述PN结的背电极等。

通常的PN结只对太阳光的某一个波段敏感，敏感波段由使用半导体材料的禁带宽度决定。然而穿过大气的太阳光包含了从200至1000纳米等非常宽的波长范围，入射到太阳能电池的光，只有在PN结敏感波段区内的光才能被利用，所以通常的太阳能电池转换效率不太高。例如，单结无定型硅(a-Si)薄膜太阳能电池的转换效率约为5％，单晶硅(c-Si)或多晶硅(p-Si)太阳能电池的转换效率约为15％。

通过对多组不同半导体材料制成的PN结串联也可以提高太阳能电池的效率，如通过对蓝绿黄光敏感的a-Si(无定型硅)与黄红光敏感的μ-Si(微晶硅)两个PN结的串联，可以把单结太阳能电池的效率从5％提高到接近10％。a-Si(无定型硅)与单晶硅(c-Si)双结串联太阳能电池的转换率可达20％以上。GaInP/GaAs/Ge多PN结串联太阳能电池的转换率可达30％以上。

但是用上述方法来提高太阳能电池的转换效率就目前的技术基本已经很难得到大幅提高，随着社会的进步和发展太阳能这种绿色能源被越来越多的人所青睐，人们想通过有限时间的光照来摄取更多的能量，从而人们想通过其他的方法来提高太阳能转换率。

发明内容

为了实现提高太阳能光电池的太阳能转化率的技术要求，克服现有太阳能转化率不高的缺点，本发明提供一种高效率太阳能光电转换装置及制造方法的技术方案来部分解决现有技术的不足。

本发明是通过以下技术方案来实现本发明的目的，一种高效率太阳能光电转换装置，该装置包括光电池，光电池包括基片、抗反射膜、基片上设置有PN结、电极，其特征在于：该装置还包括光致发光膜、反射膜和聚光膜，在光电池的迎光面上至少设置一层光致发光膜，在光致发光膜的迎光面上至少设置一层反射膜，在反射膜的迎光面上至少设置一层聚光膜。

所述的光致发光膜由发光材料或者发光材料加入辅助成膜材料组成；所述的发光材料由量子效率大于30％的无机发光材料、有机发光材料其中的至少一种材料组成；所述辅助成膜材料由在可见光区透明的太阳光谱范围透过率大于70％的有机聚合物高分子材料、无机玻璃、陶瓷材料其中的一种材料组成；

所述的反射膜由折射率高低交替的薄膜组成，或由折射率不同的材料混合组成；

所述的聚光膜由在可见光内透明的有机树脂或无机玻璃材料组成。

所述的无机发光材料包括远紫外线转换近紫外光发光材料、蓝色无机发光材料、绿色无机发光材料、黄绿光材料、红色无机发光材料；所述的有机发光材料包括远紫外线转换近紫外光有机发光材料、蓝色有机发光材料、绿色有机低分子发光材料、黄色有机低分子发光材料、红色有机低分子发光材料、共轭有机高分子发光材料。

所述发光材料可以掺入辅助掺杂剂。

所述光致发光膜的厚度为0.1微米～5毫米，光致发光膜在有效激发光波长处的光学密度大于1。

所述聚光膜有不均匀的几何形状凸凹的表面。

所述的光电池由已知的无机、有机或无机有机复合半导体材料上形成的PN结或PIN结通过电极相互并联或串联制成。

所述有机发光材料可以通过采用溶解、分散在辅助成膜材料中，制成光致发光膜的可加工性材料。

所述有机发光材料可以通过化学合成法把有机发光材料的分子加入到非共轭有机高分子的主链或侧链上，制成光致发光膜的可加工性材料。

所述无机发光材料可以通过溶解、混合、分散在无机玻璃、陶瓷材料中，无机发光材料颗粒直径为0.01微米～10微米，再采用浮法、提拉、浇注方法制成基材。

所述发光材料也可以采用物理气相沉积、化学气相沉积、涂敷、印刷方法，直接在基片上成膜。

所述发光材料加入辅助成膜材料中的重量比例范围是0.1-99％。

所述的反射膜制备在光致发光膜或设置有光致发光膜的基材上，所述的交替薄膜采用低折射率的SiO₂与高折射率的TiO₂交替制成，所述折射率不同的多种材料采用将高折射率的颗粒加入成膜树脂制成。

所述聚光膜的凸凹几何形状可以采用光刻、转印、印刷、机械加工、刻蚀、浇注方法制备在有机树脂或无机玻璃材料上。

本发明是在太阳能光电池前方迎光面设置一个以上的光致发光膜，在该光致发光膜前方设置一个以上的反射膜，在反射膜前方设置一个以上的聚光膜。本发明提供的光致发光膜在太阳光激发下可以发射出红外、可见、紫外间的一种或多种光，其发光波长对应于光电池响应敏感区，从而提高了太阳光的利用率。反射膜透过从法线入射的太阳光，反射由太阳激发产生的向后传播的光致发光并使之向前传播入射至光电池。聚光膜含有几何形状凸凹的表面，能收集到非法线入射的慢发射太阳光，进而又提高了太阳光的利用率。

本发明的积极进步效果在于，本发明的光致发光膜直接设置在现有的光电池上来提高太阳光的利用率，具有简单、易实现的优点。在光致发光膜上设置了反射膜，使得光致发光利用率得到提高。在反射膜上设置有凸凹表面的聚光膜，收集到更多的太阳光。

附图说明

图1为公开技术的太阳能电池结构示意图；

图2为本发明的太阳能光电转换装置结构一的示意图；

图3为本发明的太阳能光电转换装置结构二的示意图；

图4为本发明的光致发光膜、反射膜与聚光膜结构一的示意图。

图5为本发明的光致发光膜、反射膜与聚光膜结构二的示意图。

图中：11-抗反射膜，12-基片，13-前电极，14-PN结，15-背电极，21-光致发光膜，22-反射膜，23-聚光膜。

具体实施方式

以下所述实施例并结合图1，图2，图3，图4，图5详细说明了本发明的技术方案，本发明中的上方和下方、前方和后方以说明书附图中的方向为准，但并不是用来对其进行限定。

如图2和图3所示，一种高效率太阳能光电转换装置，该装置包括光电池，所述的光电池包括抗反射膜11，基片12，基片12上设置一个PN结14，前电极13，背电极15；光电池半导体材料可以采用a-Si(无定性硅)、p-Si(多晶硅)、c-Si(单晶硅)、CdS、CdTe、GaAs、GaN、GaP、InP等已知无机半导体；Pentacene(并五苯)、CuPc(酞氰铜)、Polythiophene(聚噻吩)、C60(富勒烯)等已知有机半导体，或TiO2与染料的无机有机复合体系。

如图4和图5所示该装置还包括光致发光膜21、反射膜22和聚光膜23，在光电池的迎光面上至少设置一层光致发光膜21，在光致发光膜21的迎光面上至少设置一层反射膜22，在反射膜22的迎光面上至少设置一层聚光膜23。

如图3和图5所示该装置的聚光膜23上方还设置有一层没有凸凹形状的膜，可以有效防止有凸凹形状的表面落入灰尘和异物，采用和聚光膜23相同的材质的膜，对太阳光的接收率也没有任何影响。

穿过大气的太阳光包含了从200至1000纳米等非常宽的波长范围，然而入射到太阳能电池的光，只有很窄波段的光才能被利用。通常制造太阳能电池包括无机、有机及无机有机复合半导体材料。如单晶、多晶、无定等形态的Si、Ge、GaAs、GaN、GaP、InP、CdS、CdTe、CIGS(CuInGaSe化合物)、酞氰铜(CuPc)及其衍生物、并五苯(Pentacence)及其衍生物、富勒烯(C60)及其衍生物(如PCBM)、聚噻吩(Polythiophne)及其衍生物、PPV及其衍生物(如MEH-PPV)、TiO2与染料等复合体等。这些材料大多对黄红、近红外区的光响应，通常对太阳中占很大比列的紫外、蓝绿区的光则利用率较低。

光致发光膜21的特点是本身为发光体，在太阳多光谱激发下发出紫外光、可见光、红外光，发光材料的发光光谱至少有一个峰与光电池的光谱线相应范围重叠。光致发光膜21由发光材料或者发光材料加入辅助成膜材料组成，发光材料由量子效率大于30％的无机发光材料、有机发光材料、有机与无机混合物发光材料其中的至少一种材料组成。

光致发光膜21所选的无机发光材料包括：

远紫外线转换近紫外光发光材料CaWO4:Bi等；

蓝色无机发光材料铝酸盐稀土发光材料其通式为(Me 1)(碱土金属1如Ba，Sr)(Me2)2(碱土金属2如Mg)AlxOy(x＝16，y＝27)/Eu；(Me1)(碱土金属1如Ba，Sr)(Me2)(碱土金属2如Mg)AlxOy(x＝10，y＝17)/Eu；(Me)(碱土金属如Ba，Sr，Ca，Mg)AlxOy(x＝2，y＝4)/Eu；硅酸盐稀土发光材料其通式为Me1(碱土金属1如Ba，Sr，Ca)(Me2)(碱土金属2如Mg，Al)SixOy(x＝2，y＝6)/Eu；Y2SiO5/Ce；磷酸盐稀土发光材料其通式为(Sr，Ca，Ba)10(PO4)6Cl2/Eu；(Sr，Ca，Ba)10(PO4)6Cl2·B2O3/Eu；3(Sr，Ca，Ba)3(PO4)2/Eu；LaPO4/Eu；硫化物发光材料其通式为(Zn，Ca，Sr)S(Se，O)/Ag(Ce，Tm，Eu)，Ba(Mg)Al2S4/Eu等。

绿色无机发光材料铝酸盐稀土发光材料其通式为Me(碱土金属如Mg)AlxOy(x＝11，y＝19)/Ce，Tb；Me(碱土金属如Sr，Ba)AlxOy(如x＝2，y＝4)/Eu，Dy；Me1(碱土金属1如Ba，Sr，Ca)Me2(碱土金属2如Mg)AlxOy(x＝10，y＝17)/Eu，Mn；硅酸盐发光材料其通式为(Me1)(碱土金属1如Ba，Sr，Ca)2(Me2)(碱土金属2如Mg，Al)2SixOy(x＝2，y＝8)/Eu；Zn2SiO4/Mn；Y2SiO5/Tb；磷酸盐稀土发光材料其通式为La2O3·0.2SiO2·0.9P2O5/Ce，Tb；LaPO4/Ce，Tb；硫化物发光材料其通式为Zn(Ca，Sr)S/Cu(Ce，Tb)；SrGa2S4/Eu，CaAl2S4/Eu；

黄绿光材料Y3Al5O12/Ce，ZnS/Mn等。

红色无机发光材料氧(硫)化物，通式为：Y(Gd)2O3/Eu，Y2O2S/Eu，Sr(Ca，Zn)S/Eu(Sm)；Ca(Sr)Y2S4/Eu，MgGa2O4Eu，铝酸盐稀土发光材料其通式为：Me1(碱土金属1如Sr)Me2(碱土金属2如Ba)AlxOy/Eu，Mn等。

无机发光材料可以分散到辅助成膜材料，如无机材料玻璃、陶瓷等；有机聚合物材料如聚乙烯，聚氯乙烯，聚丙烯，聚丙烯酸酯，聚甲基丙烯酸甲酯，聚乙烯醇，聚酰亚胺，聚苯乙烯，聚碳酸酯，酚醛树脂，醇酸树脂，环氧树脂，聚胺酯树脂或其他已知的高分子材料中，制成可加工性材料。同时还可以加入其他辅助功能性材料如交联材料、分散材料、溶剂等。

光致发光膜21所选的有机低分子发光材料包括：

远紫外线转换近紫外光有机发光材料，如萘、蒽、水杨酸鈉等；

蓝色有机发光材料，香豆素4(coumarin4)；蒽(anthracene)及其衍生物二苯基蕙(diphenylanthracene(DPA))；9，10-二-2-萘基蒽(9，10-di-2-naphthylanthracene(AND))，苝(perylene)及其衍生物四丁基(tetra(t-butyl)-perylene(TBP))；芘(pyrene)及其衍生物如四苯基芘(tetra(phenyl)-pyrene(TPP))，联苯乙烯(distyrylarylene(DSA))及其衍生物(DSA-Ph)；芴(fluorene)及其衍生物如2，7-二溴-3，’6’-二辛基氧-9，9’-螺二芴(DBSF)，茋(stilbene)及其衍生物；三苯基二胺(TPD(triphenyldiamine))；；N，N’-二苯基-N，N’-双(1-萘基)-(1，1’-联苯)-4，4’-二胺(N，N’-diphenyl-N，N’-bis(1-naphthyl)-(1，1’-biphenyl)-4，4’-diamine(NPB))；4，4’-N-N-二咔唑-联苯(4，4’-N，N-dicarbazole-biphenyl(CBP))；恶唑衍生物(2-4-联苯)-5-(4-叔丁基)-1，3，4-恶二唑((2-(4-biphenyl)-5-(4-tert-butyl)-1.3.4-ozadiazole)(PBD))，3-苯基-4-(8-萘基)-5-苯基-1，2，4-三叔唑(3-phenyl-4-(8-naphthyl)-5-phenyl-1，2，4-triazole(TAZ))；噻咯(Silole)及其衍生物2，5-二芳基噻咯(2，5-diarylsiloes)；dithienosiles；铝金属配合物BAlq；铱金属配合物铱(III)双[(4，6-二氟苯基)-吡啶-N，C]-甲基吡啶(iridium(III)bis[(4，6-difluorophenyl)-pyridinato-N，C]picolinate(FIrpic))等。

绿色有机低分子发光材料，香豆素coumarin系列衍生物如3-(2-苯并噻唑-四羟基)-(二乙胺基)-2H-1-苯并吡喃-2-0(C₆)，C₇，C₅₄₅MT；(3-(2-benzothiazolyl-tetrahydro)-7-(diethylamino)-2H-1-benzopyran-2-one(C6)，C7，C545MT)；喹喔啉(quinoxaline)衍生物6-N，N-二甲胺基-1-甲基-3-苯基-1-H-吡唑[3，4-b]-喹啉(PAQ-Net2)((6-N，N-dimethylamino-1-methyl-3phenyl-1-H-pyrazolo[3，4-b]-quinoline(PAQ Net2))，喹吖啶酮(quinacridone)系列衍生物如二甲基-喹吖啶酮(dimethyl-quinaridone(DMQA))；丁省(tetracene)及其衍生物DPT二苯基丁省(diphenyltetracene)，芴(fluorene)衍生物，Al金属配合物(并四苯)三(8-羟基-喹啉)-铝(tris(8-hydroxy-quinoline)-aluminum(Alq))，Mg金属配合物Mgq，Zn金属配合物ZnPBO，ZnPBT，Tb金属配合物Tb(acac)3Phen，铱金属配合物三(2-苯基吡啶)合铱(tris(2-phenylpyridine)iridium)即(Ir(ppy)3；(2-苯基吡啶)合铱(III)((2-phenylpyridine)iridium(III))乙酰丙酮(acetylacetonate)即(ppy)3Ir(acac)等。

黄色有机低分子发光材料，丁省衍生物5，6，11，12-四苯基并四苯(rubrene)，三芳氨衍生物DCTP，吩恶嗪酮(BTX)，双(8-羟基-喹啉)-锌(bis(8-hydroxy-quinoline)-zinc(Znq))，罗丹明B(Rohdamine B)，罗丹明6G(Rohdamine 6G)等。

红色有机低分子发光材料，吡喃系列衍生物(4-(二氰基亚甲基)-2-甲基-6-(p-二甲基氨基苯乙烯基)-4H-吡喃)((4-(dicyano methylene)-2-methyl-6-(p-dimethylaminostyryl)-4H-pyran)(DCM2))；DCJTB；三芳氨衍生物1，1’-二氰基-取代双-苯乙烯基-萘(1，1’-dicyano-substituted bis-styryl-naphthalene(BSN))；NPAFN；并五苯衍生物二苯基并五苯(diphenylpentacence(DPP))；罗丹明B(rohdamine B)，罗丹明6G(rohdamine 6G)，铕(Eu)金属配合物二苯甲酰基甲烷Eu(DBM)3Bath，Eu(acac)3Phen；铱金属配合物双(2-(2’-苯[4，5-a]噻吩基)吡啶-N，C)铱(bis(2-(2’-benzo[4，5-a]thienyl)pyridinato-N，C)iridium)乙酰丙酮(acetylacetonate)即Btp₂Ir(acac)等。

可以通过化学合成法把上列有机发光分子加入到非共轭高分子的主链或侧链上如聚丙烯，聚丙烯酸酯，聚乙烯醇，聚酰亚胺，聚甲基丙烯酸甲酯，聚苯乙烯，聚碳酸，聚硅树脂，聚硅氧树脂或其他已知的高分子链上。

有机发光材料也可以溶解、分散到辅助成膜材料如聚丙烯，聚丙烯酸酯，聚甲基丙烯酸甲酯，聚乙烯醇，聚酰亚胺，聚苯乙烯，聚碳酸酯，酚醛树脂，醇酸树脂，环氧树脂，聚胺酯树脂或其他已知的高分子材料中，制成可加工性材料。同时还可以加入其他辅助功能性材料如感光材料、交联材料、分散材料、溶剂等。

光致发光膜21所选的共轭有机高分子发光材料包括：

聚苯PPP及其衍生物，聚芴PF及其衍生物，聚对苯乙烯撑PPV及其衍生物如P-PPV，OR-PPV、MEH-PPV、CN-PPV等，聚乙炔PA衍生物如PDPA、PHPA等，聚噻吩(PT)及其衍生物，聚吡啶PPY及其衍生物，聚乙烯基吡啶PVY及其衍生物等，以上聚合物的共聚物，如聚芴与三芳氨的共聚物(TFB)，聚芴与苯硫二唑的共聚物(F8BT)，聚芴与噻酚的共聚物F8T2；聚对苯乙烯撑聚与噻酚的共聚物；聚芴与苯硫二唑与噻酚的共聚物；聚芴与萘硫二唑的共聚物；以上聚合物的混合物；含有以上所述单体、多体的树枝状聚合物(dendrimer)、低聚物(oligomer)，所述材料的混合物、组合等。

共轭有机高分子发光材料也可以加入辅助型聚合物(低聚物)包括聚丙烯，聚丙烯酸酯，聚甲基丙烯酸甲酯，聚乙烯醇，聚酰亚胺，聚苯乙烯，聚碳酸酯，酚醛树脂，醇酸树脂，环氧树脂，聚胺酯树脂或其他已知的高分子材料中制成可加工性材料。同时还可以加入辅助功能性材料如辅助发光材料、交联材料、分散材料、溶剂等。可以通过化学合成法把光与热聚合性功能团加入共轭发光型高分子主链或侧链上制成光敏与热敏性材料。

为了更好的能量传递与防止浓度猝灭，发光材料可以混合使用即辅助掺杂剂。如蓝光材料DSA-Ph可以掺入辅助掺杂剂TPD；绿光材料C6可以掺入DMQD，红光材料DCM2可以掺入绿光C6与黄光掺杂剂如rubrene等。

为了满足本发明的要求，选用发光材料量子效率在30％-90％以上，优选的值是50％以上。光致发光膜21厚度范围在0.1微米-5毫米，以利于同现有的太阳能电池生产兼容。光致发光膜21在有效激发光波长处的光学密度大于1，优选的值是2-4。发光材料具有良好的热稳定型、空气稳定型，在高分子中的良好溶解或分散特性等。辅助成膜材料在可见光区是透明的。

光致发光膜21的制备通过以下方法实现，无机发光材料可以溶解、混合、分散在无机玻璃、陶瓷材料中，采用浮发、提拉、浇注等方法制成基材。发光材料也可以采用PVD(物理气相沉积)、CVD(化学气相沉积)、涂敷、印刷直接在基12上成膜。

另外的成膜方法是把发光材料分散、溶解到透明性高分子材料中，合适的主体高分子材料在太阳光谱范围透过率在70％以上，优选值在90％以上。适合的无机发光材料颗粒直径为0.01-10微米。发光材料的加入到高分子材料中两者的重量比例范围是0.1-99％，优选浓度重量比例范围是1-30％。可选用的高分子材料有聚乙烯，聚氯乙烯，聚丙烯，聚丙烯酸，聚丙烯氰，聚丙烯酸甲酯，聚甲基丙烯酸甲酯，聚环氧丙烯酸，聚氨酯丙烯酰，聚酯丙烯酸酯，聚丁烯，聚乙烯醇，聚乙烯吡咯烷酮，聚苯乙烯，聚醋酸乙烯酯，聚碳酸酯，聚氨酯，聚酰亚胺，酚醛树脂，环氧树脂，聚硅树脂，聚硅氧树脂，聚砜，聚苯醚，聚醚酮，醋酸纤维，硝化纤维等，以上聚合物的混合物、共聚物、低聚物。光致发光膜厚度范围在0.1微米-5毫米之间。

反射膜22制备方法通过以下方法实现，在光致发光膜21或设置有光致发光膜21的基材上。反射膜22由折射率不同的多种交替薄膜组成，如低折射率的SiO₂与高折射率的TiO₂交替薄膜制成。或者由折射率不同的多种材料混合组成，优选反射膜22由高折射率的颗粒与成膜树脂制成。交替薄膜透过从法线方向入射激发光、向光电池反射光致发光。

聚光膜23的制备方法通过一下方法实现，聚光膜23由表面几何形状不均匀的有机树脂或无机玻璃材料制成。聚光膜23所用材料在可见光范围内透明。表面凸凹几何形状不均匀的薄膜可以采用光刻、转印、印刷、机械加工、刻蚀、浇注等方法制备在基材上。

实施例一

本实施例中的太阳能转换装置采用图2中所示的结构，光电池采用单晶或多晶硅光电池，其光谱响应在黄、红至近红外区。选用光致发光膜21发光区为615纳米红光区。

红色发光发光材料选定Y2O3/Eu，辅助成膜材料选用苏打(Soda Lime)光学或硼硅铝电子玻璃等，制成光致发光膜21，发光材料Y2O3/Eu与玻璃的重量比选定为1-99％，优化的值选为10％。

反光膜22，如TiO₂(氧化钛)/SiO₂(二氧化硅)交替多层膜如1-3个周期，所述交替膜对紫、蓝光透过，红、绿光反射。聚光膜23，使用表面凸凹几何形状的微透镜用来实现聚光功能，微透镜图形(pattern)用刻蚀、转印、印刷、机械加工、浇注等方法制备。把上述设置有光致发光膜21，反光膜22与聚光膜23的整体基板设置在光电池上，即完成本发明的装置。

下面对其工作原理进行说明，聚光膜23收集太阳光并通过反射薄膜22，光致发光膜21中的Y2O3/Eu吸收太阳光中的紫外成分(350纳米)而射出红色光(615纳米)，其强度取决于与发光材料的效率，如Y2O3/Eu为90％，所以太阳光中的大部分的紫外光转换为红光；选择反射膜22让太阳光透过，但反射向后发射的红光使其向前方传播入射至单晶硅光电池而增加了光电流即增加了光电转换效率。

通过以上技术制成了太阳能光电转换装置，同使用同样的光电池装置相比，本发明可以很大地提高太阳能光电转换效率；在实践上具有制造简单、成本低等优点。

实施例二

本实施例的装置与原理同实施例一基本相同，不同之处在于光电池采用对蓝绿黄光敏感的无定形硅光电池，发光材料选用发蓝绿光的Ba2MgAl16O27/Eu，其他条件同实施例一相同。

实施例三

本实施例的装置与原理同实施例一基本相同，不同之处在于光电池采用对可见光敏感的多晶半导体材料CIGS制成的光电池，发光材料选用黄色无机发光材料Y3Al5O12:Ce，其他条件同实施例一相同。

实施例四

本实施例的装置与原理同实施例一基本相同，不同之处在于光电池采用无定形硅与微晶硅串联的光电池，其他条件同实施例一至例三相同。

实施例五

本实施例的装置与原理同实施例一基本相同，不同之处在于光电池14采用无定形硅与单晶硅串联的光电池，其他条件如发光材料同实施例一至例三相同。

实施例六

本实施例的装置与原理同实施例一基本相同，不同之处在于光电池14采用了单晶GaAs单结或和GaInP/GaAs/Ge等多结光电池，其他条件如发光材料同实施例一至三相同。

实施例七

本实施例的装置与原理同实施例一至六基本相同，不同之处在于发光材料采用了如OR-PPV、Rebrene等有机发光材料，其他条件如光电池同实施例一至六相同。

实施例八

本实施例的装置结构和实施例一至六相同，不同之处在于发光材料使用了有机无机复合体系即无机绿光与有机绿光混合，无机红或黄或白光与有机红或黄或白光混合使用。其他条件如光电池同实施例一至六相同。

实施例九

本实施例的装置结构和实施例一至八相同，不同之处在于光电池由有机半导体PCBM与MEH-PPV等混合材料制成。其他条件如发光材料同实施例一至八相同。

实施例十

本实施例的装置结构和实施例一至八相同，不同之处在于光电池由TiO2与光敏染料混合材料制成。其他条件如发光材料同实施例一至八相同。

本领域技术人员应该理解针对本发明的实施例已经进行了描述，在不脱离本发明的精神和附加权利要求书的范围基础上可以进行各种变化和修改。

本发明的积极进步效果在于，本发明的光致发光膜21直接设置在现有的光电池上来提高太阳光的利用率，具有简单、易实现的优点。在光致发光膜21上设置了反射膜22，使得光致发光利用率得到提高。在反射膜22上设置有凸凹表面的聚光膜23，能收集到更多的太阳光。

Claims (14)

1、一种高效率太阳能光电转换装置，该装置包括光电池，光电池包括基片(12)、抗反射膜(11)、基片上设置有PN结(14)、电极，其特征在于：该装置还包括光致发光膜(21)、反射膜(22)和聚光膜(23)，在光电池的迎光面上至少设置一层光致发光膜(21)，在光致发光膜(21)的迎光面上至少设置一层反射膜(22)，在反射膜(22)的迎光面上至少设置一层聚光膜(23)。

2、根据权利要求1所述的一种高效率太阳能光电转换装置，其特征在于：所述的光致发光膜(21)由发光材料或者发光材料加入辅助成膜材料组成；所述的发光材料由量子效率大于30％的无机发光材料、有机发光材料其中的至少一种材料组成；所述辅助成膜材料由在可见光区透明的太阳光谱范围透过率大于70％的有机聚合物高分子材料、无机玻璃、陶磁材料其中的一种材料组成；

所述的反射膜(22)由折射率高低交替的薄膜组成，或由折射率不同的材料混合组成；

所述的聚光膜(23)由在可见光内透明的有机树脂或无机玻璃材料组成。

3、根据权利要求2所述的一种高效率太阳能光电转换装置，其特征在于：所述的无机发光材料包括远紫外线转换近紫外光发光材料、蓝色无机发光材料、绿色无机发光材料、黄绿光材料、红色无机发光材料；所述的有机发光材料包括远紫外线转换近紫外光有机发光材料、蓝色有机发光材料、绿色有机低分子发光材料、黄色有机低分子发光材料、红色有机低分子发光材料、共轭有机高分子发光材料。

4、根据权利要求1或2或3所述的一种高效率太阳能光电转换装置，其特征在于：所述发光材料可以掺入辅助掺杂剂。

5、根据权利要求1或2所述的一种高效率太阳能光电转换装置，其特征在于：所述光致发光膜(21)的厚度为0.1微米～5毫米，光致发光膜(21)在有效激发光波长处的光学密度大于1。

6、根据权利要求1或2所述的一种高效率太阳能光电转换装置，其特征在于：所述聚光膜(23)有不均匀的几何形状凸凹的表面。

7、根据权利要求1或2所述的一种高效率太阳能光电转换装置，其特征在于：所述的光电池由已知的无机、有机或无机有机复合半导体材料上形成的PN结或PIN结通过电极相互并联或串联制成。

8、一种根据权利要求1所述的一种高效率太阳能光电转换装置中的光致发光膜的生产方法，其特征在于：所述有机发光材料可以通过采用溶解、分散在辅助成膜材料中，制成光致发光膜(21)的可加工性材料。

9、一种根据权利要求1所述的一种高效率太阳能光电转换装置中的光致发光膜的生产方法，其特征在于：所述有机发光材料可以通过化学合成法把有机发光材料的分子加入到非共轭有机高分子的主链或侧链上，制成光致发光膜(21)的可加工性材料。

10、一种根据权利要求1所述的一种高效率太阳能光电转换装置中的光致发光膜的生产方法，其特征在于：所述无机发光材料可以通过溶解、混合、分散在无机玻璃、陶瓷材料中，无机发光材料颗粒直径为0.01微米～10微米，再采用浮法、提拉、浇注方法制成基材。

11、一种根据权利要求1所述的一种高效率太阳能光电转换装置中的光致发光膜的生产方法，其特征在于：所述发光材料也可以采用物理气相沉积、化学气相沉积、涂敷、印刷方法，直接在基片(12)上成膜。

12、一种根据权利要求8或9或10所述的一种高效率太阳能光电转换装置中的光致发光膜的生产方法，其特征在于：所述发光材料加入辅助成膜材料中的重量比例范围是0.1-99％。

13、一种根据权利要求1所述的一种高效率太阳能光电转换装置中的反射膜的生产方法，其特征在于：所述的反射膜(22)制备在光致发光膜(21)或设置有光致发光膜(21)的基材上，所述的交替薄膜采用低折射率的SiO₂与高折射率的TiO₂交替制成，所述折射率不同的多种材料采用将高折射率的颗粒加入成膜树脂制成。

14、一种根据权利要求1所述的一种高效率太阳能光电转换装置中的聚光膜的生产方法，其特征在于：所述聚光膜(23)的凸凹几何形状可以采用光刻、转印、印刷、机械加工、刻蚀、浇注方法制备在有机树脂或无机玻璃材料上。

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