一种将光转换成电力的光伏装置，包括硅纳米颗粒膜（１６，２６，３６）。该硅纳米颗粒膜可以是多层膜，具有光致发光响应并将光和电耦合到半导体层内。本发明专利技术的光伏装置的具体示例包括太阳能电池，该太阳能电池接收并将预定波长范围的光转换成电力。包含发光硅纳米颗粒的膜光学耦合到该太阳能电池。该膜具有预定厚度。该膜响应于入射辐射并在预定波长范围内产生光学耦合到太阳能电池内的光或电响应。在优选实施例中，该膜另外或者备选地电学耦合到该太阳能电池，该膜产生电学耦合到该太阳能电池内的电荷响应。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及光伏装置。
技术介绍
光伏装置将光转换成电势。太阳能电池是常见的光伏装置，广泛用于将 光能转换成电势。太阳能电池的目前使用受到太阳能电池效率低的限制。典型的结晶太阳能电池在1.35kW/n^的空间照射下具有约15%的效率。最好的 商用电池的效率为19%。太阳能电池在小规模应用例如MEM装置中提供小的电压电势。然而， 使用受到效率低的限制。低水平的效率还使得太阳能电池难以实施于便携电 源中用于发电，以用于在需要便携电源的许多便携装置。对于大规4莫发电，例如用于发电的电源，目前的太阳能电池的低效率使 其使用成本与用于发电的传统电源相比过高。使用直接太阳光伏(PV)电力 和当前的太阳能电池技术，成本远超过使用化石燃料来发电的成本。目前研 究努力的目标是降低太阳能电池使用太阳光来发电的成本，使得发电的成本 与使用化石燃料发电的成本相当。商用硅(Si)太阳能电池的主要问题在于，小于40%的太阳光有效地耦 合到形成商用光伏电池的基底的Si半导体。硅太阳能电池通过光伏效应将 太阳光能量转换成直流(DC)电能。由于太阳光入射在硅晶体膜的顶面上， 入射光能量被用于从硅原子释放电子，使该电子在晶体内部游走(wander)。 通过特殊接触设计，这些电子被利用成为电流用于电子仪表或仪器的工作。其它光伏半导体包括碲化镉(CdTe)和二硒化铜铟(CuInSe2)。已经 研究了在各种廉价衬底上应用成为薄膜的半导体。使用薄膜技术的PV产品 的示例包括背包客和乘船者使用的光伏屋面瓦和轻质挠性面板。硅基PV是最有吸引力的材料体系，因为Si是最充足的材料且是毒性最 小的。此外，Si提供了将太阳能电源集成到硅制作的电子装置中的机会，这 使得硅仍是最广泛使用的半导体制作材料。硅作为光伏转换器的效率低。硅是间接带隙材料，带隙为l.leV。因此， 光子能量小于UeV的长波长红外光(波长大于1.124pm)不具有从Si原子 释放电子所需的阈值能量。此外，深红辐射在电池内大部分转换成热量。另 一方面，例如光谱紫外部分的短波长光超过足以形成电子空穴对的能量。多 余的能量被传递到电荷载流子并作为热量散逸。结晶硅具有较低的吸收系数，介于102和10Vm"之间，这意味着需要约 200pm的厚度来吸收大部分太阳光。然而，电流的有效收集受到厚的电池的 阻碍。在薄硅中提供足够光吸收的问题已经成为一个研究领域。紋理化太阳 能电池表面的示例性技术已经表明，薄至50pm的电池可能是有效的。提出的增大太阳能电池效率的技术在许多情形下结果不理想。尽管付出 许多研究努力，不过仍缺乏商用上可行的实用技术。由Berkeley的研究生 Becca Jones, Mike Scarpulla， Jessy Baker, Kevin Sivula, and Kirstin Alveri在互 联网发表的一个研究，题为"Nanocrystalline Luminescent Solar Converters"， C226 Photovoltaic Materials,日期为2004年12月6日，描述了将短波长光 耦合到太阳能电池中的技术研究。该研究描述了将一层CdSe/CdS的核心/ 壳层纳米棒涂覆到Su叩ower Corp生产的高效率PV电池上以提高效率。报 道了效率未见提高。研究者建议进一步研究传统硅PV电池，将纳米棒嵌在诸如玻璃或透明氧化物或氮化物层的透明介质内。美国公开专利申请US2004/0126582， 2004年7月1日，披露了使用有机聚合物来分散纳米颗粒，包括硅纳米颗粒。硅纳米颗粒嵌在聚合物母体内， 该聚合物母体用于防止颗粒聚集或者形成密排(closely packing )膜。太阳能 电池描述成包含其中具有分散颗粒的一个或一系列聚合物层，包括具有不同 尺寸的发光硅颗粒的层，具有特征红、绿和蓝发光响应。其它研究者提出多孔硅层，多孔硅层的硅纳米结构作为有源层而层叠在 硅太阳能电池上方。不过，使用多孔层缺乏对纳米结构分布的控制；多孔硅 层通常是由延展到几十纳米尺寸的随机和宽广的尺寸和形状分布组成，这限 制了电荷分离和收集或者光传播横过膜。此外，多孔层为厚层，这会干涉底 下的电池的操作。目前，仅仅对于使用多孔Si作为Si太阳能电池的抗反射 涂层，才获4寻可4妻受的结果。(参考例如"Porous silicon in solar cell structures: a review of achievements and modern directions of further use," Yerokhov V.Y.; Melnyk 1.1., Renewable and Sustainable Energy Reviews 3, 291-322(32)，(1999); "Antireflective porous-silicon coating for multicrystalline solar cels: the effects of chemical etching and rapid thermal process," R J Martin-Palma, L Vazquez, J M Martinez-Duart， M Schnell and S Schaefer, Sem/cowd. 5W. !Tec/wo/. 16 657-661 (2001); G, Kopitkovas， I.Mikulskas, K.Grigoras, I.E)imkienS, R.Toma舰nas， "Solar cells with porous silicon: modification of surface recombination velocity," Appl. Phys. A 73, 495-501(2001))。在用于提高太阳能电池效率另 一种提出的技术中(参考例如V. §v"ek， A. Slaoui, J,C. Muller， Thin Solid Films, 451-452, 384-388 (2004)),硅纳米晶体离 位(ex situ)制备(粉碎电化学蚀刻的多孔硅)，嵌在旋涂玻璃抗反射Si02基溶 液中并随后旋涂在标准硅太阳能电池上。Si-nc/Si02层目的是用作发光降频 转换器(down-converter )。通过高温毁坏納米颗粒来观察其效果，通过这种 间接方式研究对太阳能电池性能(内量子效率、电流-电压特性)的影响。 报道了效率的提高。然而，还报道了从基于硅纳米晶的系统得到的贡献相当 弱。这可能首先是由于所结合的纳米材料的比例限制在百分之几。换言之， 这种方法的问题在于硅纳米颗粒与玻璃结合成复合物，导致低密度的纳米颗 粒，约为复合物的1%。其次，复合物中颗粒的尺寸分布宽，因为目前的合 成技术缺乏对尺寸或形状的控制。第三，母体材料可能不够平滑以提供光学 限制和折射率匹配。
技术实现思路
用于将光转换成电力的优选实施例的光伏装置包括太阳能电池。在该优 选实施例中，太阳能电池接收并将预定波长范围的光转换成电力。包含发光 硅纳米颗粒的膜光学耦合到该太阳能电池。该膜具有预定厚度。该膜响应于 入射辐射并在预定波长范围内产生光学耦合到太阳能电池内的光本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种将光转换成电力的光伏装置，包括： 太阳能电池装置（１２，１４），用于接收预定波长范围的光并将所述预定波长范围的光转换成电力；以及 膜（１６，２６），所述膜光学耦合到所述太阳能电池装置并包含发光硅纳米颗粒，所述膜具有预定厚度， 且所述膜响应于入射辐射并在预定波长范围内产生光学耦合到所述太阳能电池装置内的光响应。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：穆尼尔H内费，马修斯图普卡，特基阿尔索德，穆罕麦德阿尔萨利，
申请(专利权)人：伊利诺伊大学受托管理委员会，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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