太陽能電池用量子點光波長轉換層的製作方法
2024-02-17 14:52:15
專利名稱：太陽能電池用量子點光波長轉換層的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種含有三元合金量子點的波長轉換層以及這種量子點波長轉換層
三元合金量子點在太陽能電池中的用途。
背景技術：
全球科技與經濟活動快速發展，致使人類能源需求激增，未來能源不足現象已浮現。化石燃料使用及排放對環境的汙染更是已成為世界各國不容忽視的重大問題。取之不盡、用之不竭的太陽能是一種清潔、可再生的綠色環保能源。太陽能發電技術有利於淨化環境、減少汙染，是人類從根本上解決能源問題的重要途徑。然而，太陽能電池的光電轉換效率偏低，發電成本過高，稱為制約太陽能電力廣泛應用的瓶頸。其根本原因在於矽的光譜響應特性與太陽光譜分布不匹配。如圖l所示太陽光是由可見光、紫外光和紅外光組成的輻射光，其光譜構成波長範圍為280納米(nm) 2500nm。晶體矽為間接帶隙半導體，並非理想的太陽能電池材料。其帶隙寬度為1. 1電子伏特(eV)，截至吸收波長為1120nm，最大的光譜響應在600nm-980nm範圍，而對太陽其他波段的光有非常低的響應或者無響應，造成很大的能量損失。因此，為了提高太陽能電池的發電效率，將浪費的太陽光轉移到矽高響應率的可見光範圍是彌補矽作為太陽能電池材料的局限性的一種有效的方式。
—些研究人員提出了利用螢光材料(例如有機發光分子、有機金屬絡合物和無機稀土材料)將太陽光波長轉換到與矽的最高光譜相應範圍，從而提高太陽能電池的能量轉換效率。日本科學家們在專利JP2001352091中和JP2000327715中分別提出利用有機螢光染料分子和有機金屬絡合物作為波長轉換劑來提高太陽能電池的效率，然而，有機發光分子和有機金屬絡合物等基於有機材料天生易老化的缺陷，其耐紫外，耐熱，耐候性都非常差，在太陽能電池工作的惡劣室外條件下非常容易老化，不僅本身很快失去了發光的效用，而且更加速了引發了太陽能電池組件的的老化和失效。無機稀土材料雖然能夠克服有機材料的易老化缺陷，但是目前已研究出的的若干無機稀土螢光材料，或者吸收或螢光效率極低，或者吸收發射光譜與太陽光譜不匹配，都不適合用於太陽能電池的波長轉換。例如鑭系稀土離子摻雜的滷化物和氟化物螢光粉，目前主要用在顯示器上，其吸收峰在100nm附近的深紫外波段，遠遠超出了太陽能光譜的範圍。Shalav等在APPLIED PHYSICS LETTERS86,013505(2005)中提出用摻鉺的氟化物作為螢光上轉換劑提高太陽能電池的效率，但是，螢光上轉換是非線性的光學過程，吸收機率和光轉換的量子效率都很小。而且這些無機螢光粉粒徑太大，嚴重影響了太陽能電池表面層的透光性，反而會進一步降低太陽能電池的能量轉換效率。近年來，W02007133344和CN101188255公開了納米尺度的稀土無機顆粒作為太陽能電池的光轉換劑，但是並沒有解決吸收機率、螢光效率偏低的缺點和太陽光譜不匹配的問題。 量子點(quantum dot， QD)又可稱為半導體納米微晶體，是一種由II-VI族或III-V族元素組成的納米顆粒。量子點由於粒徑很小(約1 100nm)，電子和空穴被量子限域，連續能帶變成具有分子特性的分立能級結構，因此具有不同於其相應的體相和分子態的獨特的物理和化學性質。相對於傳統的有機螢光染料，螢光半導體納米量子點具有連 續的吸收光譜，窄而對稱的螢光發射光譜、優良的光穩定性、較高的發光效率以及在整個可 見光範圍連續可調的發光波長。這些特點使得量子點更適合於轉換太陽能光譜的波長以提 高太陽能電池的轉換效率。量子點的光吸收和螢光特徵可以由其體積大小和組成材料來控 制，可獲得多種可分辨的顏色。W02008046147和W02008079437公開了用量子點作為太陽電 池的波長轉換劑，卻沒不能給出任何實例。KR2006080437、 US2006016997、和CN101101930 和W02008079437也分別公開了量子點作為太陽電池的波長轉換劑，其中所使用的量子點 都是II-VI族或III-V族元素組成的兩元量子點。兩元量子點只能通過改變量子點的尺寸 來實現其對螢光波長、物理化學性質的調控，具有很大的局限性。尤其是是高質量小尺寸的 量子點難以合成，因為小尺寸量子點的表面缺陷會使其螢光效率和穩定性顯著降低，限制 了其實際應用。 因此，目前本領域急需一種新的高螢光穩定性的量子點作為波長轉換劑，其具有 優越的螢光穩定性、高的螢光效率以及寬的發光範圍，其吸收和螢光特徵可以靈活的調節 控制，從而提高太陽能電池的效率；而且用於太陽能電池時能夠具有適當的其他性質，例如 保證太陽能電池前板的高透明性、耐紫外性能和可加工性等等。
發明內容
本發明的目的在於提供一種用于波長轉換的三元合金的量子點，能夠將太陽光波
長轉換到與太陽能電池的光譜吸收特性相匹配，從而提高太陽能電池的效率。 本發明的另一目的是提供一種太陽能電池用的光轉化層，其中填充有本發明所述
的三元合金的量子點，以增加太陽能電池的發光效率。該光轉換層可以由本發明中的三元
合金量子點納米螢光顆粒塗布在太陽能電池矽面光表面或太陽能電池覆蓋前板的內外表
面、或者太陽能電池用聚光器的內外表面的透明波長轉換薄膜，也可以是由本發明中的三
元合金的量子點填充在太陽能電池覆蓋前板或者太陽能電池覆蓋前板和矽之間的封裝材
料中、或者太陽能電池用聚光器的內外表面形成透明光轉換層。 本發明一方面提供了一種三元合金量子點螢光顆粒，所述量子點的粒徑為 l-100nm，所述量子點可用下式表示
AxByCz， 其中A選自過渡金屬元素； B選自過渡金屬、氧族元素和/或氮族元素； C選自氧族元素和/或氮族元素； B禾PC不相同； x、 y禾P z在大於0到1之間。 在本發明的一個優選實例中，所述量子點的粒徑為1-50納米，較好為1-25納米， 最好1-10納米。 在本發明的一個優選實例中，所述A選自元素周期表中的第IB和IIB族元素；所 述A優選選自IIB族元素；所述A最好選自鋅和鎘。 在本發明的一個優選實例中，所述B選自元素周期表中的第IB和I IB族元素以及 氧族元素，較好選自第IIB族元素和氧族元素，更好選自鋅、鎘、硫和硒；和/或，所述C選自氧族元素，較好選自氧、硫、硒和碲，最好選自硫和硒。 在本發明的一個優選實例中，x在0. 01到1之間；和/或，y在0. 01到1之間，較好在0. 05到1之間，更好在0. 1到1之間，最好在0. 2到0. 99之間；和/或，z在0. 1至lj 1之間，較好在0. 2到1之間，更好在0. 5到1之間，最好在0. 75到1之間；較好地，x、y和z滿足條件x+y = 1或者y+z = 1 ;更好地，x、 y和z滿足條件x+y = z = 1或者y+z = x=1。 在本發明的一個優選實例中，所述三元合金量子點由水溶液或有機溶劑中的化學溶膠法、分子束磊晶或化學氣相沉積自組織法及光刻法製備。 本發明另一方面提供了本發明所述的的三元合金量子點在太陽能電池中的用途。
在本發明的一個優選實例中，所述用途為用於太陽光波長轉換到與太陽能電池最大光響應區，從而提高太陽能電池的效率。 本發明還提供了一種太陽能電池，它包括前板、背板、位於前板與背板之間的太陽能電池電路，其中所述太陽能電池包括本發明所述的三元合金量子點。 在本發明的一個優選實例中，所述太陽能電池包括前板、背板、位於前板與背板之間的太陽能電池電路、聚合物封裝材料和聚光器，其中所述前板、前板、背板、位於前板與背板之間的太陽能電池電路、聚合物封裝材料和聚光器中的至少一個或任意兩者之間包括本發明所述的三元合金量子點螢光顆粒。 本發明還提供了一種用於太陽能電池的光轉化層，所述光轉換層包括本發明所述的三元合金量子點螢光顆粒和透明聚合物。 在本發明的一個優選實例中，所述透明聚合物包括聚甲基丙烯酸甲酯、聚醚醯亞
胺、多聚賴氨酸、聚乙烯基吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚乙二醇、聚4乙烯基嘧啶、油酸、硬脂酸、
有機矽、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚4-甲基戊烯、苯乙烯_丙烯腈共聚物、乙烯_乙酸乙烯酯共
聚物、聚乙烯醇縮丁醛、乙烯_甲基丙烯酸共聚物的離子聚合物及其組合。 同現有技術相比，本發明中的三元合金的量子點具有優越的螢光穩定性、高的熒
光效率以及寬的發光範圍，其吸收和螢光特徵可以通過調控尺寸和元素組分靈活調節，從
而提高太陽能電池的效率。 同現有技術相比，本發明中的三元合金的量子點可以在保持粒徑不變的條件下，通過調節其成分組成比，獲得更適合太陽能電池的發光波長。 同現有技術相比，本發明中的螢光顆粒為納米尺度，納米顆粒的特殊光散射性質可以有效的保證其依賴的太陽能組件中前表面介質的的高透明性，諸如太陽能電池玻璃或聚合物覆蓋前板，前板和矽之間的封裝材料，及矽中形成光轉換層，並引起了對藍紫外光的瑞利多重散射，起到螢光增強的效果。 同現有技術相比，本發明中的螢光顆粒具有紫外吸收特性的無機材料，本身具有
高穩定性的優點，還可以有效的保證太陽能組件的耐紫外、耐老化性和可加工性。 附圖簡述 下面結合附圖更詳細地說明本發明。附圖中
圖1是太陽輻射光譜的波長分布曲線和結晶矽太陽能電池對太陽的光譜響應曲線示意圖； 圖2是本發明較佳實施例的結晶矽太陽能電池板的示意圖；其中1為玻璃片，2為
5透明聚合物，3為電極，4為晶體矽，5為電極，6為聚合物後板，7為三元合金量子點；
圖3是本發明實施例3-7中不同含量的鋅三元合金量子點ZnCdSe的螢光光譜；
圖4是本發明實施例1螢光三元合金量子點CdSSe聚合物光轉換層的吸收光譜、螢光光譜和結晶矽太陽能電池對太陽的光譜響應曲線 圖5是本發明實施例10的波長轉換透明層的透射光譜具體實施例方式
本文所公開的"範圍"以下限和上限的形式。可以分別為一個或多個下限，和一個或多個上限。給定範圍是通過選定一個下限和一個上限進行限定的。選定的下限和上限限定了特別範圍的邊界。所有可以這種方式進行限定的範圍是包含和可組合的，即任何下限可以與任何上限組合形成一個範圍。例如，針對特定參數列出了 60-120和80-110的範圍，理解為60-110和80-120的範圍也是預料到的。此外，如果列出的最小範圍值1和2，和如果列出了最大範圍值3，4和5，則下面的範圍可全部預料到l-3、l-4、l-5、2-3、2-4、和2-5。在本發明中，術語太陽能電池板的"前板"是指在位於太陽能電池受光一側表面上的外層表面板，所述前板具有第一表面和第二表面。所述前板的第一表面是一個受光表面，使用時它面朝太陽的方向；所述前板的第二表面鄰近太陽能電池的太陽能電池電路放置。
在本發明中，術語"鄰近太陽能電池電路放置"並不意味著所述前板和/或背板的第二表面與太陽能電池電路直接接觸，在太陽能電池電路和前板和/或背板的第二表面之間還可包括例如一層乙烯_乙酸乙烯酯共聚物包封層或絕緣粘合劑。 在本發明中，術語"太陽能電池電路"包括受光照能產生電流的各種電池或電池模塊，可根據具體用途的要求對多塊所述太陽能電池模塊進行組合以獲得所需的電功率、電壓、電流等。本發明太陽能電池電路的非限定性例子有例如單晶矽太陽能電池、多晶矽太陽能電池、納米矽太陽能電池和非晶體矽薄膜太陽能電池等。 在本發明中，所述"合金"表示多種元素(可以是金屬或非金屬)的混合物。 在本發明中，除非有其他說明，"氧族元素"表示氧、硫、硒和碲。 在本發明中，除非有其他說明，"過渡金屬"或"過渡元素"表示元素周期表中
IVB-IIB族的元素。 在本發明中，除非有其他說明，組合物的各組分的含量範圍以及其優選範圍之間可以相互組合形成新的技術方案。 在本發明中，除非有其他說明，"其組合"表示所述各元件的多組分混合物，例如兩種、三種、四種以及直到最大可能的多組分混合物。 在本發明中，術語用於構成前板的"塑料"是指任何法向透光度(對于波長為350-1150nm的光線)大於88% ，較好大於92% ，更好大於96%的聚合物材料。這種聚合物材料的非限定性例子有例如含氟聚合物，如聚全氟乙丙烯共聚物、乙烯_四氟乙烯共聚物、四氟乙烯_全氟烷氧基乙烯基醚共聚物、四氟乙烯_六氟丙烯_偏二氟乙烯共聚物、聚偏二氟乙烯、聚三氟氯乙烯、乙烯-三氟氯乙烯共聚物；液晶聚合物；聚對苯二甲酸乙二醇酯；聚萘二甲酸乙二醇酯；聚甲基丙烯酸酯，如聚(甲基)丙烯酸甲酯、聚(甲基)丙烯酸乙酯；聚碳酸酯；乙烯_乙烯醇共聚物；聚氨酯等以及它們的兩種或多種形成的層壓物。
在本發明中，術語用於構成背板的"塑料"是指能向太陽能電池板提供結構支持的
6任何聚合物材料。這種聚合物材料的非限定性例子有含氟聚合物，如聚全氟乙丙烯共聚物、乙烯_四氟乙烯共聚物、四氟乙烯_全氟烷氧基乙烯基醚共聚物、四氟乙烯_六氟丙烯_偏二氟乙烯共聚物、聚偏二氟乙烯、聚三氟氯乙烯、乙烯-三氟氯乙烯共聚物；液晶聚合物；聚對苯二甲酸乙二醇酯；聚萘二甲酸乙二醇酯；聚甲基丙烯酸酯，如聚(甲基)丙烯酸甲酯、聚(甲基)丙烯酸乙酯；聚碳酸酯；乙烯-乙烯醇共聚物；聚氨酯等以及它們的兩種或多種形成的層壓物。 在本發明中，除非有其他說明，所有"份"和百分數(％ )都指重量百分數。
在本發明中，除非有其他說明，所有組合物中各組分的百分數之和為100%。
在本發明中，除非有其他說明，數值範圍"a-b"表示a到b之間的任意實數組合的縮略表示，其中a和b都是實數。例如數值範圍"0-5"表示本文中已經全部列出了 "0-5"之間的全部實數，"0-5"只是這些數值組合的縮略表示。 在本發明中，除非有其他說明，整數數值範圍"a-b"表示a到b之間的任意整數組合的縮略表示，其中a和b都是整數。例如整數數值範圍"l-N"表示1、2……N，其中N是 量子點(quantum dot， QD)又可稱為半導體納米微晶體，是一種由II-VI族或III-V族元素組成的納米顆粒。量子點由於粒徑很小(約l-100nm)，電子和空穴被量子限域，連續能帶變成具有分子特性的分立能級結構，因此有非常高效率的螢光效果。量子點的光吸收和螢光特徵可以由其體積大小和組成材料來控制，可獲得多種可分辨的顏色。
本發明一方面提供了一種三元合金量子點螢光顆粒，所述量子點的粒徑為l-100nm，所述量子點可用下式表示
AxByCz， 其中A選自過渡金屬元素； B選自過渡金屬、氧族元素和/或氮族元素； C選自氧族元素和/或氮族元素； B禾PC不相同； x、 y和z在大於0到1之間。 在本發明中，所述A選自過渡金屬元素。在本發明的一個優選實例中，所述A選自元素周期表中的第IB和IIB族元素。在本發明的另一個優選實例中，所述A選自IIB族元素。在本發明的另一個優選實例中，所述A選自鋅和鎘。 在本發明中，所述B選自過渡金屬、氧族元素和/或氮族元素。在本發明的一個優選實例中，所述B選自元素周期表中的第IB和I IB族元素以及氧族元素。在本發明的一個優選實例中，所述B選自第IIB族元素和氧族元素。在本發明的另一個優選實例中，所述B選自鋅、鎘、硫和硒。 在本發明中，所述C選自氧族元素和/或氮族元素。在本發明的一個優選實例中，所述C選自氧族元素。在本發明的另一個優選實例中，所述C選自氧、硫、硒和碲。在本發明的另 一個優選實例中，所述C選自硫和硒。 在本發明中，x、y和z分別表示A、B和C的摩爾分數。通常，x在大於0到1之間。在本發明的一個優選實例中，x在0. 01到1之間。 通常，y在大於0到1之間。在本發明的一個優選實例中，y在0. 01到1之間，較好在0. 05到1之間，更好在0. 1到1之間，最好在0. 2到0. 99之間。 通常，z在大於0到1之間。在本發明的一個優選實例中，z在0. 1到1之間，較好在0. 2到1之間，更好在0. 5到1之間，最好在0. 75到1之間。在本發明的另一個優選實例中，x、 y和z滿足條件x+y = 1或者y+z = 1。在本
發明的另一個優選實例中，x、 y和z滿足條件x+y = z = 1或者y+z。 在本發明中，製備三元合金量子點摻雜稀土金屬離子的納米顆粒的方法在本領域
中是已知的，本領域的普通技術人員根據現有技術的描述可以直接得到具體的製備方法。
所述方法包括但不限於水溶液或有機溶劑中的化學溶膠法、分子束磊晶或化學氣相沉積自
組織法及光刻法。 在本發明中，所述三元合金量子點的粒徑為1-100納米，較好1-50納米，更好為1-25納米，最好1-10納米。 本發明還提供一種本發明所述的三元合金量子點在太陽能電池中的用途，具體是
用於太陽光波長轉換到與太陽能電池最大光響應區，從而提高太陽能電池的效率。 本發明所述的三元合金量子點可直接施加到太陽能電池板中，或者與透明聚合物
共混後形成光轉化層再施加到太陽能電池板中。 在本發明的一個實例中，本發明所述的三元合金量子點直接塗布在太陽能電池電
路表面上，具體可以採用旋塗、噴塗、化學沉積、電化學沉積或者絲網印刷等方法。 在本發明的另一個實例中，本發明所述的三元合金量子點填充在太陽能電池前板
玻璃覆蓋層中，具體可以採用高溫熔融的工藝直接加工成透明玻璃。 在本發明的另一個實例中，本發明所述的三元合金量子點填充在太陽能電池前板
聚合物覆蓋層中，具體可以採用熔融共混、原位聚合法、溶膠_凝膠法等。 在本發明的另一個實例中，本發明所述的三元合金量子點填充在太陽能電池的
前板和太陽能電池電路之間的聚合物封裝層中，具體可以採用熔融共混、原位聚合法、溶
膠-凝膠法等。 在本發明的另一個實例中，本發明所述的三元合金量子點與透明聚合物一起塗布在太陽能電池玻璃前板的內或外表面形成透明的波長轉換薄膜，具體可以採用旋塗、噴塗、化學沉積、電化學沉積或者絲網印刷的方法。 在本發明的另一個實例中，本發明所述的三元合金量子點與透明聚合物一起塗布在太陽能電池聚合物前板的內或外表面形成透明的波長轉換薄膜，具體可以採用旋塗、噴塗、化學沉積、電化學沉積或者絲網印刷的方法。 在本發明的另一個實例中，本發明所述的三元合金量子點與透明聚合物一起塗布在太陽能電池電路表面上形成透明的波長轉換薄膜，具體可以採用旋塗、噴塗、化學沉積、電化學沉積或者絲網印刷的方法。 在本發明中，所述透明聚合物是常規的，它可以是本領域中常用的任意透明聚合物。在本發明的一個優選實例中，所述透明聚合物選自聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚醚醯亞胺(PEI)、多聚賴氨酸(PLL)、聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)、聚乙烯醇(PVA)、聚乙二醇(PEG)、聚4乙烯基嘧啶(P4VP)、油酸，硬脂酸、有機矽、聚苯乙烯(PS)、聚碳酸酯(PC)、聚4-甲基戊烯(TPX)、苯乙烯-丙烯腈共聚物(SAN)、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物(EVA)、聚乙烯醇縮丁醛(PVB)、乙烯-甲基丙烯酸共聚物的離子聚合物(Surlyn)。
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本發明另一方面提供了 一種太陽能電池用的光轉化層，所述光轉換層包括本發明 所述的三元合金量子點和透明聚合物。 本發明還提供了一種太陽能電池，它包括前板、背板和位於前板與背板之間的太 陽能電池電路，其中太陽能電池包括本發明所述的三元合金量子點。 本發明太陽能電池板的製造方法可以是本領域任何常規的製造方法。在本發明的 一個實例中，使用中國專利CN02143582. 0公開的太陽能電池板的製造方法。
下面結合實施例進一步說明本發明，但是可以理解本發明並沒有局限於此。
本發明中的納米顆粒的粒徑大小可以用JSM-6700F掃描電子顯微鏡(SEM)測定。
本發明中的納米顆粒和光轉換層的光致螢光譜用Hitachi F_4500螢光光譜儀測 量，用氙(Xe)燈做激發光源。吸收光譜用Hitachi U-2910紫外可見分光光度計測量。透 射光譜用Perkin Elmer Lambda 950紫外/可見/近紅外分光光度計測量。所有的測量都 是在室溫下進行的。
實施例1 製備三元合金量子點CdSe。.2S。.8 :將2mmo1 Se和8mmo1 S在室溫下磁力攪拌下溶 於10ml三辛基磷(TOP)和10ml十八碳烯(ODE)中，形成SeS前驅體溶液；將lOmmol氧化 鉻(CdO)溶於10ml油酸和10ml油胺中，在30(TC磁力攪拌下形成Cd前驅體溶液。將上述 兩種體積相等的前驅體溶液混合後磁力攪拌，然後加熱到300°C ，迅速成核。然後降至室溫， 使反應淬滅，生長過程中斷，生成CdSe。.2S。.8三元合金量子點，粒徑尺寸為5nm左右。
實施例2 製備三元合金量子點Zn。.5Cd。.5S :將lmol硫、30 ii mol硫化劑溶於6克十八碳烯 (ODE)後超聲處理1小時，將0. 5mol乙酸鉻、0. 5mol硬脂酸鋅和1. 5mol水楊酸溶於20克 十八碳烯(ODE)，然後將兩種溶液混合後轉入三口燒瓶，加熱到12(TC磁力攪拌2小時，得到 清澈的溶液，然後再加熱到24(TC氮氣環境下熱退火生成Zn。.5Cd。.5S三元合金量子點，粒徑 尺寸為4nm左右。
實施例3 製備三元合金量子點Zn。.。^d。.99Se :將5mmo1氧化鉻、5ml辛基磷和15ml十四碳烯 膦酸混合溶液30(TC磁力攪拌6小時，冷卻到室溫後放置48小時。將5mmo1硒溶於10ml三 辛基磷。然後將兩種溶液混合加熱到28(TC持續40分鐘生成CdSe納米顆粒。將50 y mol 二乙基鋅和50 ii mol硒溶於0. 5ml三辛基磷溶液，然後升溫到30(TC注入製備好的CdSe納 米顆粒的溶液，加熱3小時之後迅速降溫，用氯仿稀釋生成三元合金量子點Zn。. Q1Cd。. 99Se，粒 徑尺寸為4nm左右。
實施例4 製備三元合金量子點Zn。.。55Cd。.95Se :將5mmo1氧化鉻、5ml辛基磷和15ml十四碳烯 膦酸混合溶液30(TC磁力攪拌6小時，冷卻到室溫後放置48小時。將5mmo1硒溶於10ml三 辛基磷。然後將兩種溶液混合加熱到28(TC持續40分鐘生成CdSe納米顆粒。將0. 26mmo1 二乙基鋅和0. 26mmo1硒溶於2ml三辛基磷溶液，然後升溫到30(TC注入製備好的CdSe納米 顆粒的溶液，加熱3小時之後迅速降溫，用氯仿稀釋生成三元合金量子點Zn。.。5Cd。.95Se，粒徑 尺寸為4nm左右。
實施例5
製備三元合金量子點Zn。.iCd。.gSe :將5mmo1氧化鉻、5ml辛基磷和15ml十四碳烯 膦酸混合溶液30(TC磁力攪拌6小時，冷卻到室溫後放置48小時。將5mmo1硒溶於10ml三 辛基磷。然後將兩種溶液混合加熱到28(TC持續40分鐘生成CdSe納米顆粒。將0. 55mml 二乙基鋅和0. 55mml硒溶於2. 5ml三辛基磷溶液，然後升溫到30(TC注入製備好的CdSe納 米顆粒的溶液，加熱3小時之後迅速降溫，用氯仿稀釋生成三元合金量子點Zn^Cd。.9Se，粒 徑尺寸為4nm左右。
實施例6 製備三元合金量子點Zn。.2Cd。.8Se :將5mmo1氧化鉻、5ml辛基磷和15ml十四碳烯 膦酸混合溶液30(TC磁力攪拌6小時，冷卻到室溫後放置48小時。將5mmo1硒溶於10ml三 辛基磷。然後將兩種溶液混合加熱到28(TC持續40分鐘生成CdSe納米顆粒。將1. 25mml 二乙基鋅和1. 25mml硒溶於10ml三辛基磷溶液，然後升溫到30(TC注入製備好的CdSe納米 顆粒的溶液，加熱3小時之後迅速降溫，用氯仿稀釋生成三元合金量子點Zn。.^d。.8Se，粒徑 尺寸為4nm左右。
實施例7 製備三元合金量子點Zn。.3Cd。.7Se :將5mmo1氧化鉻、5ml辛基磷和15ml十四碳烯 膦酸混合溶液30(TC磁力攪拌6小時，冷卻到室溫後放置48小時。將5mmo1硒溶於10ml三 辛基磷。然後將兩種溶液混合加熱到28(TC持續40分鐘生成CdSe納米顆粒。將2. 14mml 二乙基鋅和2. 14mml硒溶於18ml三辛基磷溶液，然後升溫到30(TC注入製備好的CdSe納米 顆粒的溶液，加熱3小時之後迅速降溫，用氯仿稀釋生成三元合金量子點Zn。.3Cd。jSe，粒徑 尺寸為4nm左右。 組分Zn在ZnCdSe的比例根據添加的二乙基鋅的重量來調控得到其濃度分別為 1%、5%、10%、20%和30% (分別對應實施例3-7)，從而調整了合金量子點ZnCdSe的能帶 寬度。對應的螢光發光峰隨著鋅的的比例增加而逐漸藍移，如圖3所示。
實施例8 製備太陽能電池用的Zn。.5Cd。.5S量子點摻雜聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)透明光波 長轉換薄膜將1 %的PMMA的丙酮溶液與Zn。. 5Cd。. 5S量子點水溶液混合，按該甲基丙烯酸甲 酯的重量計Zn。.5Cd。.5S量子點(實施例2)的量為1000卯m。將混合溶液在室溫下快速攪拌 12小時，使得ZnCdS量子點均勻分散在PMMA裡面，使用勻膠機將Zn。.5Cd。.5S量子點和PMMA 的混合溶液塗覆在12. 5cmX12. 5cm的單晶矽太陽能電池電路表面，轉速為2000r/min。然後 再室溫下乾燥24小時，再放置於6(TC真空條件下烘烤2小時除去殘餘的溶劑，形成透明的 光學薄膜於單晶矽太陽能電池電路表面。
實施例9 製備太陽能電池用的ZriMCcUSe量子點塗層的透明光波長轉換玻璃前板將石英 玻璃基片依次用丙酮、乙醇和去離子水超聲清洗，烘乾後浸入實施例5所得Zn^Cd^Se量 子點的5%的氯仿分散液，靜置10分鐘，垂直向上迅速提拉，然後將所形成的溼膜在空氣中 自然乾燥24小時。接著35(TC條件下煅燒30分鐘，形成500nm厚的透明的光學薄膜在石英
玻璃表面，然後將玻璃放置於單晶矽太陽能電池表面製成太陽能電池組件。
實施例10 製備太陽能電池用的CdSMSeu量子點摻雜的透明光波長轉換封裝層將乙烯_乙酸乙烯共聚物樹脂(EVA)和和按該乙烯-乙酸乙烯酯共聚物樹脂的重量計，5000卯m 的交聯固化劑2，5-二甲基-2，5-雙(叔丁基過氧)乙烷，1000卯m的抗氧劑三(2，4_二叔 丁基苯基)亞磷酸酯、1000ppm的受阻胺類光穩定劑雙(l-辛氧基-2，2，6，6-四甲基-4-哌 啶基)癸二酯、500卯m的增粘劑Y _胺基酸三乙氧基矽烷和2000卯m的CdS。.2Se。.8量子點 (實施例1)用擠出機共混擠出，然後流延、冷卻製成納米螢光顆粒摻雜的厚度為300-600微 米厚的透明薄膜。CdS。.^e。.8量子點與EVA複合薄膜的螢光光譜和吸收光譜如圖4所示。其 透射光譜如圖5所示。然後採用真空層壓法將玻璃、EVA、太陽能電池、EVA、背板熱壓，成型 製成太陽能電池組件。
權利要求
一種三元合金量子點螢光顆粒，所述量子點的粒徑為1-100nm，所述量子點可用下式表示AxByCz，其中A選自過渡金屬元素；B選自過渡金屬、氧族元素和/或氮族元素；C選自氧族元素和/或氮族元素；B和C不相同；x、y和z在大於0到1之間。
2. 如權利要求1所述的三元合金量子點，其特徵在於所述量子點的粒徑為1-50納米，較好為1-25納米，最好1-10納米。
3. 如權利要求1所述的三元合金量子點，其特徵在於，所述A選自元素周期表中的第IB和I IB族元素；所述A優選選自I IB族元素；所述A最好選自鋅和鎘。
4. 如權利要求1所述的三元合金量子點，其特徵在於，所述B選自元素周期表中的第IB和IIB族元素以及氧族元素，較好選自第1IB族元素和氧族元素，更好選自鋅、鎘、硫和硒；和/或，所述C選自氧族元素，較好選自氧、硫、硒和碲，最好選自硫和硒。
5. 如權利要求1所述的三元合金量子點，其特徵在於，x在0. 01到1之間；和/或，y在0. 01到1之間，較好在0. 05到1之間，更好在0. 1到1之間，最好在0. 2到0. 99之間；和/或，z在0. 1到1之間，較好在0. 2到1之間，更好在0. 5到1之間，最好在0. 75到1之間；較好地，x、 y和z滿足條件x+y = 1或者y+z = 1 ;更好地，x、 y和z滿足條件x+y =z = 1或者y+z = x = 1。
6. 如權利要求1所述的三元合金量子點，其特徵在於所述三元合金量子點由水溶液或有機溶劑中的化學溶膠法、分子束磊晶或化學氣相沉積自組織法及光刻法製備。
7. 權利要求1所述的的三元合金量子點在太陽能電池中的用途；優選地，所述用途為用於太陽光波長轉換到與太陽能電池最大光響應區，從而提高太陽能電池的效率。
8. —種太陽能電池，它包括前板、背板、位於前板與背板之間的太陽能電池電路，其中所述太陽能電池包括權利要求1所述的三元合金量子點螢光顆粒。
9. 如權利要求8所述的太陽能電池，其特徵在於，所述太陽能電池包括前板、背板、位於前板與背板之間的太陽能電池電路、聚合物封裝材料和聚光器，其中所述前板、前板、背板、位於前板與背板之間的太陽能電池電路、聚合物封裝材料和聚光器中的至少一個或任意兩者之間包括權利要求1所述的量子點螢光顆粒。
10. —種用於太陽能電池的光轉化層，所述光轉換層包括權利要求1所述的三元合金量子點和透明聚合物；較好地，所述透明聚合物包括聚甲基丙烯酸甲酯、聚醚醯亞胺、多聚賴氨酸、聚乙烯基吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚乙二醇、聚4乙烯基嘧啶、油酸、硬脂酸、有機矽、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚4-甲基戊烯、苯乙烯-丙烯腈共聚物、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、聚乙烯醇縮丁醛、乙烯_甲基丙烯酸共聚物的離子聚合物及其組合。
全文摘要
本發明提供了太陽能電池用量子點光波長轉換層。提供了一種三元合金量子點螢光顆粒，所述量子點的粒徑為1-100nm，所述量子點可用下式表示AxByCz，其中A選自過渡金屬元素；B選自過渡金屬、氧族元素和/或氮族元素；C選自氧族元素和/或氮族元素；B和C不相同；x、y和z在大於0到1之間。也提供了所述三元合金量子點螢光顆粒在太陽能電池中的用途。
文檔編號H01L31/055GK101787271SQ20091000987
公開日2010年7月28日 申請日期2009年1月23日 優先權日2009年1月23日
發明者朱紅軍, 王穎娟 申請人:E.I.內穆爾杜邦公司