專利名稱：一種硅基薄膜太陽能電池用上轉換鋁硅酸鹽玻璃的制作方法
技術領域：
本 發明涉有特種玻璃領域，特別涉及一種硅基薄膜太陽能電池用上轉換鋁硅酸鹽玻璃。
背景技術：
硅基薄膜太陽能電池，由于受硅材料光學能隙的限制，不能將全部的太陽光轉化為電流，對太陽光的利用率約為55%左右。對于波長小于540nm的光譜，其光電轉換效率較高，主要為近紫外光與藍、綠光之間；而對于波長大于540nm的光譜，其光電轉換效率則較低。太陽光譜中含有大量波長大于700nm的近紅外光，其在硅基薄膜太陽能電池中的光電轉換效率近似為零，為此人們提出用上轉換材料來解決這ー問題，將近紅外的光線通過上轉換材料轉化為可見光，從而使這一部分光線在光電轉換中發揮功效，提高太陽能電池的光電轉換效率。現階段，人們已經掌握了較為成熟的上轉換材料制備技術，但應用于太陽能電池器件中時，往往只是簡單的將上轉換材料涂抹在電池基板上，利用上轉換材料將近紅外光轉化為可見光，這對上轉換材料的用量需求較大，成本控制問題有待于解決。

發明內容
本發明的目的在于提供ー種可以吸收800 1000納米近紅外光線、發射出500 550納米可見光線的上轉換鋁硅酸鹽玻璃，應用于硅基薄膜太陽能電池前電極基板，實現將太陽光譜中的近紅外光線轉化為可見光線，為硅基太陽能電池所吸收，并轉化為電流，提高光電轉換效率。本發明的目的是通過以下技術方案予以實現的，一種硅基薄膜太陽能電池用上轉換鋁硅酸鹽玻璃，其特征在于，原料質量百分比為=SiO2 60 65%，Al2O3 10 15%，Na2O
8 13%，MgO I 5%，K2O I 3%，CaO I 3%，NaCl I 3%，Er2O3 O. 5 I. 5%, Yb2O3O. 5 I. 5% ;制備方法包括以下步驟按照上轉換鋁硅酸鹽玻璃的原料配比，進行稱量并充分混合，采用高溫熔融エ藝，在鉬金坩堝內進行熔化，熔制溫度為1620 1650°C，熔融保溫時間為3 8小時，熔融后，將熔融玻璃液成型壓制成玻璃板，然后進行退火處理，退火溫度為600 800°C，經過研磨、拋光、切割和化學鋼化處理后制得可以吸收800 1000納米近紅外光線、發射出500 550納米可見光線作為薄膜太陽能電池前電極基板的上轉換鋁硅酸鹽玻璃。所述化學鋼化處理的溫度為450 500°C，時間為3 6小吋。本發明的有益效果(1)本發明具有較高的可見光透過率(> 90%)，通過在鋁硅酸鹽玻璃組分中摻入Yb2O3和Er2O3稀土氧化物來實現上轉換材料與玻璃基板融為一體并具有上轉換功能；可以將太陽光譜中原本對硅基薄膜太陽能電池無用的近紅外光線轉化為可見光，從而被電池所吸收并轉化為電能，擴大硅基薄膜太陽能電池對太陽光譜的響應范圍，實現硅基薄膜太陽能電池對近紅外光線的有效利用，進而提高電池的光電轉換效率。
(2)本發明為高鋁含量的硅酸鹽玻璃，具有良好的抗刮擦、抗沖擊和抗損傷性能，同時富有更好的弾性；應用于薄膜太陽能電池前電極基板，能夠經受戶外長期惡劣環境的考驗，為電池持續穩定的發電提供有力保障。


圖I為本發明上轉換鋁硅酸鹽玻璃在980nm紅外激光器激發下的發光光譜圖。
具體實施例方式本發明的一種硅基薄膜太陽能電池用上轉換鋁硅酸鹽玻璃，原料質量百分比為SiO2 60 65%，Al2O3 10 15%，Na2O 8 13%，MgO I 5%，K20 I 3%，CaO I 3%，NaCl I 3%，Er2O3 O. 5 I. 5%，Yb2O3 O. 5 I. 5%。其中實現本發明目的的創新點 是在現有高鋁硅酸鹽玻璃成分中摻入Yb2O3和Er2O3,加入量的不同，性能會有所差異，下面通過實施例作進ー步詳細說明。實施例I :
(1)上轉換鋁硅酸鹽玻璃的熔制
鋁硅酸鹽玻璃原料質量比為:Si02 63%, Al2O3 14%, MgO 3. 5%，Na2O :12%，K2O 1. 5%，CaO :1. 5%，Er2O3 1%，Yb2O3 :1. 5%，NaCl 2% ;原料總量為1000克，配合料混合均勻后，放置于鉬金坩堝內在高溫硅鑰爐中熔化，熔制溫度為1640°C，并保溫5小時；
(2)玻璃的后退火處理
將上述熔制好的玻璃液傾倒于平板鑄鐵模具上成型，壓制成板狀玻璃制品，形狀為50 X 50mm2，然后放入馬弗爐內進行退火處理，退火溫度設為700°C，以降溫速率I. 5°C /min降至室溫，最后將退火完成的玻璃樣品再進行研磨、拋光、切割，最后成形的試樣尺寸為20X20X3mm3 ;然后進行化學鋼化處理，化學鋼化溫度為450°C，時間為3. 5小時。由此完成的特種上轉換鋁硅酸鹽玻璃，其具備高強度、高硬度、抗沖擊、抗損傷等特征，其維氏硬度為604MPa，抗壓強度為805MPa，抗折強度83MPa ;且其可見光透過率為90. 3%，可以滿足硅基薄膜電池前基板的質量要求。如圖I所示，本發明的上轉換鋁硅酸鹽玻璃在980nm紅外激光器激發下上轉換發光主要為綠光和黃光，其中最強的發射在550 560nm之間，這即是Yb3+和Er3+離子發揮上轉換的功能，將近紅外長波段的光轉換為可見的綠光和黃光。(3)將上述制備完成的特種上轉換鋁硅酸鹽玻璃應用于硅基薄膜太陽能電池中，電池結構為上轉換鋁硅酸鹽玻璃基板/AZO透明導電膜/P型非晶硅/I型非晶硅/N型非晶娃/招背電極。同時制備ー個無上轉換材料的招娃酸鹽玻璃基板，制備相同結構的娃基薄膜電池，比較兩者的光電性能。采用上轉換鋁硅酸鹽玻璃基板的硅基薄膜太陽能電池的短路電流密度為12. 56mA/cm2，無上轉換鋁硅酸鹽玻璃基板的硅基薄膜太陽能電池的短路電流密度為12. 31 mA/cm2,由此可見，采用上轉換鋁硅酸鹽玻璃基板后，電池的短波段量子效率有所提升，從而短路電流和光電轉換效率均得到提聞。實施例2
鋁硅酸鹽玻璃原料質量比為:Si02 63% ；A1203 :14% ；MgO :3. 5% ；Na20 :12% ；K20 :1. 5% ；CaO 2. 5% ；Er203: O. 5%; Yb2O3:1% ；NaCl :2% ;原料總量為1000克，生產エ藝同實施例1，制備出的鋁硅酸鹽玻璃在980nm紅外激光器激發下的上轉換發光光譜最強的發射段在555 565nm之間，主要發光也為綠光和黃光；將此玻璃用于娃基薄膜電池時,太陽能電池的短路電流密度為12. 49mA/cm2。實施例3:
鋁硅酸鹽玻璃原料質量比為:Si02 63% ；A1203 :14% ；MgO :3. 5% ；Na20 :12% ；K20 :1. 5% ；CaO 1. 5% ；Er203: I. 5%; Yb2O3: O. 5% ；NaCl :2% ;原料總量為 1000 克，生產エ藝同實施例1，制備出的鋁硅酸鹽玻璃在980nm紅外激光器激發下的上轉換發光光譜最強的發射段在545 556nm之間，主要發光也為綠光和黃光；將此玻璃用于硅基薄膜電池時，太陽能電池的短路電流密度為12. 46mA/cm2。以上所述，僅是本發明的較佳實施例而已，并非對本發明作任何形式上的限制；任何熟悉本領域的技術人員，在不脫離本發明技術方案范圍情況下，都可利用上述掲示的方法和技術內容對本發明技術方案做出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實 施例。因此，凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所做的任何簡單修改、等同替換、等效變化及修飾，均仍屬于本發明技術方案保護的范圍內。
權利要求
1.一種硅基薄膜太陽能電池用上轉換鋁硅酸鹽玻璃，其特征在于，原料質量百分比為SiO2 60 65%，Al2O3 10 15%，Na2O 8 13%，MgO I 5%，K20 I 3%，CaO I 3%，NaCl I 3%，Er203 0. 5 I. 5%，Yb2O3 0. 5 I. 5% ;制備方法包括以下步驟按照上轉換鋁硅酸鹽玻璃的原料配比，進行稱量并充分混合，采用高溫熔融工藝，在鉬金坩堝內進行熔化，熔制溫度為1620 1650°C，熔融保溫時間為3 8小時，熔融后，將熔融玻璃液成型壓制成玻璃板，然后進行退火處理，退火溫度為600 80(TC，經過研磨、拋光、切割和化學鋼化處理后制得可以吸收800 1000納米近紅外光線、發射出500 550納米可見光線作為薄膜太陽能電池前電極基板的上轉換鋁硅酸鹽玻璃。
2.根據權利要求I所述的硅基薄膜太陽能電池用上轉換鋁硅酸鹽玻璃，其特征在于，制備方法中化學鋼化處理的溫度為450 500°C，時間為3 6小時。
全文摘要
本發明公開一種硅基薄膜太陽能電池用上轉換鋁硅酸鹽玻璃，原料質量百分比為SiO2 60～65%，Al2O3 10～15%，Na2O 8～13%，MgO 1～5%，K2O 1～3%，CaO 1～3%，NaCl 1～3%，Er2O3 0.5～1.5%，Yb2O3 0.5～1.5%；本發明具有較高的可見光透過率(＞90%)，通過在鋁硅酸鹽玻璃組成中摻入包含Yb2O3和Er2O3稀土氧化物來實現上轉換材料的功能；可以將太陽光譜中原本對硅基薄膜太陽能電池無用的近紅外光線轉化為可見光，從而被電池所吸收并轉化為電能，擴大硅基薄膜太陽能電池對太陽光譜的響應范圍，實現硅基薄膜太陽能電池對近紅外光線的有效利用，進而提高電池的光電轉換效率。
文檔編號C03C3/095GK102849943SQ20121035241
公開日2013年1月2日 申請日期2012年9月21日 優先權日2012年9月21日
發明者馬立云, 崔介東, 彭壽, 王蕓, 曹欣, 石麗芬 申請人:蚌埠玻璃工業設計研究院, 中國建材國際工程集團有限公司