環(huán)保的多光子多層量子剪裁鍺或硅鍺太陽能電池的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種多光子多層量子剪裁鍺或硅鍺太陽能電池，包括鍺基片，位于鍺基片上的鍺或硅鍺太陽能電池，以及位于鍺或硅鍺太陽能電池受光表面?zhèn)鹊倪x自吸收波長在280nm至385nm范圍內(nèi)的紫外光并且發(fā)出四倍的紅外光子的第一量子剪裁層；吸收波長在370nm至525nm范圍內(nèi)的紫外-藍(lán)光并且發(fā)出三倍的紅外光子的第二量子剪裁層；和吸收波長在480nm至820nm范圍內(nèi)的藍(lán)綠光-橙紅光并且發(fā)出二倍的紅外光子的第三量子剪裁層中的至少兩層量子剪裁層。本發(fā)明利用多光子紅外量子剪裁效應(yīng)實(shí)現(xiàn)了透過損耗與熱化損耗幾乎都可忽略的、利用全波段太陽能光譜實(shí)現(xiàn)更寬譜段更高效的鍺或硅鍺太陽能電池，其光電轉(zhuǎn)換效率可以達(dá)到聚光多結(jié)太陽能電池的效率并且是環(huán)保的。
【專利說明】環(huán)保的多光子多層量子剪裁鍺或硅鍺太陽能電池

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及太陽能電池【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及環(huán)保的（聚光）鍺或硅鍺太陽能電池。

【背景技術(shù)】
[0002] 面對現(xiàn)在全球能源面臨的礦物燃料資源的逐漸枯竭與環(huán)境污染的問題，太陽能 電池的應(yīng)用已被提上了各國政府的議事日程?，F(xiàn)在限制太陽能作為一般電源使用的主要 障礙，仍然是成本高和效率低。目前，太陽能電池的主流為結(jié)晶硅太陽電池，占電力用太 陽能電池生產(chǎn)的90%，且難于迅速提高光電轉(zhuǎn)換效率。對于結(jié)晶硅太陽能電池，效率達(dá)到 24. 7%，極限值為29%。作為低成本化技術(shù)所期望的非結(jié)晶（amorphous)硅太陽能電池及 微結(jié)晶硅太陽能電池，現(xiàn)在的效率相應(yīng)為14. 5%、16%;估算的極限效率為18. 5%、29%。薄 膜型的太陽能電池效率大約為7%?12%。與此對比，InGaP/GaAs/Ge(或InGaP/InGaAs/ Ge)的三結(jié)太陽電池，在聚光情況下已實(shí)現(xiàn)40. 7%的效率。聚光多結(jié)太陽能電池的發(fā)電效 率已遠(yuǎn)大于硅太陽能電池與薄膜型的太陽能電池，且聚光多結(jié)太陽能電池的發(fā)電成本也小 于硅太陽能電池與薄膜型的太陽能電池。但是，砷是一種毒性很大的高毒類金屬，因此，以 GaAs為核心的第三代聚光多結(jié)太陽能電池是不環(huán)保的。目前仍亟需一種能夠提高太陽能電 池的光電轉(zhuǎn)換效率，低成本且環(huán)保的技術(shù)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述技術(shù)問題，提供一種環(huán)保的、低成本的具有高 光電轉(zhuǎn)換效率的太陽能電池。
[0004] 具體而言，本發(fā)明涉及以下內(nèi)容：
[0005] 1.-種的多光子多層量子剪裁鍺或硅鍺太陽能電池，其包括鍺基片，位于鍺基片 上的鍺或硅鍺太陽能電池，以及位于鍺或硅鍺太陽能電池的受光表面?zhèn)鹊闹辽賰蓪恿孔蛹?裁層，所述至少兩層量子剪裁層選自：吸收波長在280nm至385nm范圍內(nèi)的紫外光并且通過 稀土尚子的四光子紅外量子剪裁效應(yīng)發(fā)出四倍的紅外光子的第一量子剪裁層；吸收波長在 370nm至525nm范圍內(nèi)的紫外-藍(lán)光并且通過稀土離子的三光子紅外量子剪裁效應(yīng)發(fā)出三 倍的紅外光子的第二量子剪裁層；和吸收波長在480nm至820nm范圍內(nèi)的藍(lán)綠光-橙紅光 并且通過稀土離子的雙光子紅外量子剪裁效應(yīng)發(fā)出二倍的紅外光子的第三量子剪裁層。
[0006] 其中，第一量子剪裁層的吸收波長范圍優(yōu)選為375-385nm;第二量子剪裁層的吸 收波長范圍優(yōu)選為440-525nm;第三量子剪裁層的吸收波長范圍優(yōu)選為650-820nm。
[0007] 2.根據(jù)上述1所述的多光子多層量子剪裁鍺或硅鍺太陽能電池，其中所述至少兩 層量子剪裁層以從第一至第二量子剪裁層或從第一至第三量子剪裁層的順序在光入射方 向上排列。
[0008] 3.根據(jù)上述任一項(xiàng)所述的多光子多層量子剪裁鍺或硅鍺太陽能電池，其中所述至 少兩層量子剪裁層分別是由含有稀土離子的磷光粉材料、玻璃陶瓷、晶體或非晶、玻璃或鍍 膜形成的層，所述稀土離子為Tm3+或Er3+。
[0009] 4.根據(jù)上述任一項(xiàng)所述的多光子多層量子剪裁鍺或硅鍺太陽能電池，其中所述 至少兩層量子剪裁層是由含Tm3+的磷光粉材料形成的層，并且其中第一量子剪裁層敏化約 357nm的1D2能級隨后發(fā)出四倍的紅外光子，第二量子剪裁層敏化約459nm的1G4能級隨后 發(fā)出三倍的紅外光子，第三量子剪裁層敏化約680nm的3F3能級和約800nm的3H4能級隨后 發(fā)出兩倍的紅外光子。
[0010] 5.根據(jù)上述4所述的多光子多層量子剪裁鍺或硅鍺太陽能電池，其中第一至第三 量子剪裁層中含有選自Eu2+、Bi3+、Ce3+、Na+、Ag+、K+、Li+和Yb2+的敏化劑，優(yōu)選Eu2+和Bi3+。
[0011] 6.根據(jù)上述任一項(xiàng)所述的多光子多層量子剪裁鍺或硅鍺太陽能電池，其中第一量 子剪裁層由Eu2+Tm3+:Ba(PO3) 2磷光粉等材料形成，第二量子剪裁層由Bi3+Tm3+ :YNbO4磷光粉 等材料形成，第三量子剪裁層由CanyAlSiN3 :XEu2+yTm3+磷光粉等材料形成，其中X范圍為 〇_1，y范圍為〇_1。
[0012] 7.根據(jù)1至3中任一項(xiàng)所述的多光子多層量子剪裁鍺或硅鍺太陽能電池，其中所 述至少兩層量子剪裁層是由含Er3+的磷光粉材料形成的層，并且其中第一量子剪裁層敏化 約381nm的4G11/2能級隨后發(fā)出四倍的紅外光子，第二量子剪裁層敏化約520nm的2Hiv2能 級隨后發(fā)出三倍的紅外光子，第三量子剪裁層敏化約658nm的4F9/2與約820nm的419/2能級 隨后發(fā)出兩倍的紅外光子。
[0013] 8.根據(jù)上述7所述的多光子多層量子剪裁鍺或硅鍺太陽能電池，其中第一至第三 量子剪裁層中含有選自Eu2+、Bi3+、Ce3+、Na+、Ag+、K+、Li+和Yb2+的敏化劑，優(yōu)選Eu2+和Bi3+。
[0014] 9.根據(jù)上述7或8所述的多光子多層量子剪裁鍺或硅鍺太陽能電池，其中第一量 子剪裁層由Eu2+Er3+ :BaBP05磷光粉等材料形成，第二量子剪裁層由Eu2+Er3+ :SrAl204磷光粉 等材料形成，第三量子剪裁層由Ca (Al/Si)2N2 (NhOx):Eu2+Er3+磷光粉等材料形成，其中X為 0_1〇
[0015] 10.根據(jù)上述任一項(xiàng)所述的多光子多層量子剪裁鍺或硅鍺太陽能電池，其還具有 位于光入射表面?zhèn)鹊木酃庀到y(tǒng)，優(yōu)選菲涅爾透鏡。
[0016] 本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)：鍺太陽能電池在大于25°C溫度的時候在820至1850nm波 長范圍有很好很強(qiáng)的光譜靈敏響應(yīng)，鍺太陽能電池幾乎可以吸收所有太陽光譜的紅外光因 此它的透過損耗幾乎可以忽略（圖1)。但是，鍺太陽能電池對于紫外-可見光區(qū)的光的響 應(yīng)很小。另外，硅鍺太陽能電池在500至1650nm波長范圍有很強(qiáng)的光譜靈敏響應(yīng)，硅鍺太陽 能電池幾乎可以吸收所有太陽光譜的紅外光，因此它的透過損耗接近幾乎可以忽略。本發(fā) 明利用Tm3+或Er3+等稀土離子的多光子量子剪裁，把位于紫外-可見光區(qū)的光通過雙光子、 三光子和四光子量子剪裁效應(yīng)轉(zhuǎn)化為能夠被鍺或硅鍺太陽能電池高效利用的紅外光，從而 充分利用紫外-可見光極大地提高太陽能電池的效率。
[0017] 在本發(fā)明的優(yōu)選方面，利用敏化劑提高Tm3+和Er3+等稀土離子的躍遷強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)能 夠滿足鍺或硅鍺太陽能電池的光譜響應(yīng)的、高效的敏化的多光子量子剪裁，從而大幅度提 高紅外量子剪裁太陽能電池的效率。而且對于各層所用的基質(zhì)也進(jìn)行了優(yōu)選，以確保各層 在選擇性吸收一定波長范圍的光的同時能夠透過下面的層所需的一定波長范圍的光。
[0018] 在本發(fā)明中，利用稀土銩離子與鉺離子等的多光子紅外量子剪裁效應(yīng)實(shí)現(xiàn)多層多 光子紅外量子剪裁聚光鍺或硅鍺太陽能電池，做到透過損耗與熱化損耗幾乎全都可以忽 略，從而利用全波段太陽能光譜實(shí)現(xiàn)更寬譜段更高效的280-1800nm(或280-1650nm)的太 陽能電池。它比第一代晶硅太陽能電池與第二代薄膜太陽能電池的發(fā)電效率要提高很多， 同時相比于第三代的聚光多結(jié)太陽能電池又解決了第三代的聚光多結(jié)太陽能電池含有劇 毒的砷而不環(huán)保的問題。本發(fā)明的多層多光子量子剪裁聚光鍺或硅鍺太陽能電池的光電轉(zhuǎn) 換效率完全可以達(dá)到聚光多結(jié)太陽能電池的效率并且遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過單結(jié)硅電池的效率，尤為重 要的是本發(fā)明的多層多光子量子剪裁聚光鍺或硅鍺太陽能電池是完全環(huán)保的。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019] 圖1為鍺太陽能電池的光譜響應(yīng)；
[0020] 圖2為熒光接收波長設(shè)置在800nm的時候，（Wma2J3Al5O12和（B) (Yq.M5TmaQ(l5) 3A15012磷光粉的可見激發(fā)光譜；
[0021] 圖3為熒光接收波長設(shè)置在1788nm的時候，（A) (Wma2J3A15012與（B) (Ya995Tmatltl5)3Al5O12磷光粉的激發(fā)光譜；
[0022] 圖4為激發(fā)波長等于 357.Onm3H6 - 1D2 的時候，（A)(Y。.，Tm。. 2。。) 3A15012 與（B) (Ya995Tmatltl5)3Al5O12 磷光粉的發(fā)光譜；
[0023]圖 5 為激發(fā)波長等于 680.Onm3H6 - 3F3 的時候，（A) (Ya,Tma2QQ) 3A15012 和（B) (Ya995Tmatltl5)3A15012磷光粉的發(fā)光光譜。
[0024] 圖6為Tm3+與敏化劑雙摻材料的能級結(jié)構(gòu)圖和量子剪裁過程示意圖。
[0025]圖 7 為 4I9/2,4S3/2,2H11/2,4F7/2,4F5/2,（2G4F2H)9/2,4G11/2 和 4G9/2 能級受激的Era3Gda7VO4 晶體材料的紅外熒光發(fā)射光譜；
[0026] 圖8為Er3+與敏化劑雙摻材料的能級結(jié)構(gòu)圖和量子剪裁過程示意圖；
[0027] 圖9為具有三層Tm3+離子多光子量子剪裁層的鍺太陽能電池的一個結(jié)構(gòu)。

【具體實(shí)施方式】
[0028] 以下參考具體實(shí)施例詳細(xì)說明本發(fā)明，但是這些實(shí)施例不以任何方式限制本發(fā)明 的范圍。
[0029] 實(shí)施例I. Tm3+離子的多光子紅外量子剪裁發(fā)光
[0030] 本實(shí)施例以（YhTmx) 3A15012磷光粉為例，研究了Tm3+離子的多光子紅外量子 剪裁發(fā)光。（YpxTmx)3Al5O12 磷光粉為按照文獻(xiàn)記載（IkesueA.，F(xiàn)rustaI.，Kamatak， FabricationofpolycrystallinetransparentYAGceramicsbyasolidstate reactionmethod.JournaloftheAmericanCeramicSociety，78(I) :225_228,1995)在 1600°C用固體燒結(jié)方法制備的。
[0031] 1?熒光激發(fā)譜研究
[0032]首先，測量了（A) (Ya8tlJma2J3A15012 和⑶（Ya995Tmatltl5) 3A15012 磷光粉的 800nm接 收熒光的300-710nm的可見激發(fā)光譜，結(jié)果如圖2所示。如圖2所示，Tm:YAG磷光粉在紫 外到可見區(qū)有三組激發(fā)譜信號峰，此三組峰的主峰依次位于357.Onm，459.Onm和680.Onm， 它們依次對應(yīng)于3H6 - 1D2,3H6 - 1G4，和3H6 -3F3的Tm3+離子的吸收躍遷，圖中415. 5nm的小 峰為雜質(zhì)噪音峰，圖中658.Onm的小峰為Tm3+離子的3H6 -3F2的吸收躍遷。圖中B為（B) (Ya995Tmatltl5)3Al5O12磷光粉的激發(fā)譜信號，A*10為放大十倍的（A) (Wma2J3Al5O12磷光 粉的激發(fā)譜信號。（B) (Ya995Tmatltl5)3A15012 磷光粉的 357.Onm3H6 - 1D2,459.Onm3H6 - 1G4 和 680. 0nm3H6 - 3F3 的激發(fā)譜信號強(qiáng)度依次比（A) (Ya8tlJma2J3Al5O12 磷光粉大了 21. 00, 72. 50 和 122. 88 倍。
[0033]其次，測量了（A) (Ya8ciciTma2citl)3A15012 和⑶（Ya995Tmatltl5)3A15012 磷光粉的 1788nm 接收紅外熒光的300-850nm的激發(fā)光譜，結(jié)果如圖3所示。測量發(fā)現(xiàn)Tm:YAG磷光粉的紅 外激發(fā)光譜在300-850nm區(qū)域也有三組激發(fā)譜信號峰，此三組峰的主峰依次位于357.Onm， 460. 5nm和680.Onm，依次對應(yīng)于3H6 - 1D2,3H6 - 1G4，和3H6 - 3F3的Tm3+離子的吸收躍遷，圖 中（762.0.Onm，781.Onm，821.Onm)的次峰為Tm3+離子的3H6^3H4的吸收躍遷。圖中A為（A) (Y〇.Jma2(J3A15012磷光粉的激發(fā)譜信號，B為⑶（Ya995Tm_5) 3A15012磷光粉的激發(fā)譜信號。 ⑷（Y〇.8〇〇Tm〇.2〇〇)3Al5012 磷光粉的 357.Onm3H6 - 1D2JeO. 5nm3H6 - 1G4 和 680.Onm3H6 - 3F3 的 激發(fā)譜信號強(qiáng)度依次比（B) (Ya995Tmatltl5)3Al5O12磷光粉大了 15. 87,11. 81和6. 68倍。1788nm 近紅外熒光激發(fā)譜信號強(qiáng)度比800nm可見熒光激發(fā)譜信號強(qiáng)度完全實(shí)現(xiàn)了信號強(qiáng)度反轉(zhuǎn)， 近紅外熒光信號強(qiáng)度大大提高。
[0034] 2?發(fā)光譜研究
[0035]首先，測量了（A) (Ya8tlJma2J3A15012 和（B) (Ya995Tmatltl5)3A15012 磷光粉的可見區(qū) 的熒光發(fā)光光譜：選取Tm:YAG磷光粉的357.Onm3H6 - 1D2的激發(fā)譜峰作為激發(fā)波長，測 量了 418-700nm和700-1000nm的熒光發(fā)光光譜，測量的結(jié)果如圖4所示。如圖4所示， Tm:YAG磷光粉在（454. 5nm，460.Onm)有一個很強(qiáng)的發(fā)光峰、在（485. 0nm，493. 5nm)有一 個較小的發(fā)光峰、在（660.5nm，670.0nm)有一個較小的發(fā)光峰、和在（759.0nm，785.0nm， 801.Onm)有一個中等的發(fā)光峰，經(jīng)指認(rèn)，它們依次是1D2 - 3F4Jg4 - 3H6JG4 - 3F4、和 3H4 - 3H6的發(fā)光躍遷。圖中B為⑶（Ya995Tmatltl5)3Al5O12磷光粉的發(fā)光譜信號，A*10為放 大十倍的（A) (Ya8tlJma2J3Al5O12磷光粉的發(fā)光譜信號。⑶（Ya995Tmatltl5)3Al5O12磷光粉的 454.Snm1D2 - 3F4、460.Onm1D2 - 3F4、485.Onm1G4 - 3H6、660.Snm1G4 - 3F4、785.Onm3H4 - 3H6、 和801.Onm3H4 - 3H6的發(fā)光譜信號強(qiáng)度依次比（A) (Ya8tlJma2J3Al5O12磷光粉大了 27. 12、 39. 25、21. 20、29. 92、31. 02 和 19. 15 倍。
[0036] 選取了Tm:YAG磷光粉的680.Onm3H6 - 3H4的激發(fā)譜峰作為激發(fā)波長，測量了 750-1000nm的熒光發(fā)光光譜，測量的結(jié)果如圖5所示。發(fā)現(xiàn)Tm:YAG磷光粉在（785.Onm， 798.Onm，804.Onm)有一個 3H4 - 3H6 的中等強(qiáng)度的發(fā)光峰，圖中B為⑶（Ya995Tmatltl5)3Al5O12 磷光粉的發(fā)光譜信號，A*10為放大十倍的（A) (Ya8ciJma2tici) #15012磷光粉的發(fā)光譜信號。（B) (Ya995Tmacici5)3Al5O12 磷光粉的 785.Onm3H4 - 3H6、798.Onm3H4 - 3H6 和 804.Onm3H4 - 3H6 的發(fā) 光譜信號強(qiáng)度依次比（A) (Ya8tlJma2J3Al5O12磷光粉大了 153. 02、143. 10和125. 00倍。
[0037]接著，測量了（A) (Ya8ciciTma2citl)3A15012 和⑶（Ya995Tmatltl5)3A15012 磷光粉的紅外區(qū)的 熒光發(fā)光光譜，同樣，選取Tm:YAG磷光粉的357.Onm3H6 - 1D2的激發(fā)譜峰作為激發(fā)波長，測 量1200-2800nm的熒光發(fā)光光譜，測量的結(jié)果也如圖4所示。發(fā)現(xiàn)（A) (Ya8tltlTma2J3Al5O12 磷光粉在（1788.Onm，1908.Onm，2018.Onm)有一組很強(qiáng)的發(fā)光峰，經(jīng)指認(rèn)它是3F4 - 3H6的發(fā) 光躍遷。圖中A為（A) (Wma2J#15012磷光粉的發(fā)光譜信號，B為⑶（Ya995Tmacici5)3Al5O12 磷光粉的發(fā)光譜信號。（A) (Wma2J3Al5O12磷光粉的1788.Onm3F4 - 3H6、和 2018.Onm3F4 - 3H6的發(fā)光譜信號強(qiáng)度依次比（B) (Ya995Tmatltl5)3Al5O12磷光粉大了 17. 30和 29. 11倍。（A) (Wma2J3Al5O12磷光粉的發(fā)光譜信號強(qiáng)度比⑶（Ya995Tmatltl5)3Al5O12磷光 粉完全實(shí)現(xiàn)了信號強(qiáng)度反轉(zhuǎn)。（A) (Ya8ciJma2tltl)3Al5O12磷光粉的近紅外熒光信號強(qiáng)度比（B) (Ya995Tm_5) 3A15012 磷光粉大了很多。
[0038] 選取Tm:YAG磷光粉的680.Onm3H6 - 3H4的激發(fā)譜峰作為激發(fā)波長，測量了 1200-2800nm的熒光發(fā)光光譜，測量的結(jié)果也如圖5所示。發(fā)現(xiàn)（B) (Ya995Tmatltl5)3Al5O12 磷光粉在1478.Onm，（1750.Onm，2022.Onm)，2352.Onm有三組很小的發(fā)光峰，經(jīng)指認(rèn)它是 3H4 - 3F4、3F4 - 3H6、3F4 - 3H5的發(fā)光躍遷。同時發(fā)現(xiàn)（A) (Wma2J3Al5O12磷光粉只有在 (1788.Onm，1898.Onm，2018.Onm)有一組很強(qiáng)的 3F4 - 3H6 的發(fā)光峰。即Tm:YAG的Tm3+ 離子 的濃度從〇. 5%提高到20%后，3F4能級發(fā)光極大的加強(qiáng)了 7. 62倍的同時3H4能級發(fā)光大大 的減小了。
[0039] 上述結(jié)果表明，（YhTmx)3Al5O12磷光粉由很強(qiáng)的雙光子近紅外量子剪裁發(fā)光現(xiàn)象， 其雙光子近紅外量子剪裁效率的上限值為174. 95%，更為重要的，首次發(fā)現(xiàn)該磷光粉有很 強(qiáng)的1788.Onm3F4 - 3H6熒光的四光子量子剪裁發(fā)光現(xiàn)象，四光子近紅外量子剪裁效率的上 限值可達(dá)282. 12%。
[0040] 實(shí)施例2.敏化劑對Tm3+離子的紅外量子剪裁的敏化
[0041] 雖然Tm3+離子的紅外量子剪裁可以有很高的效率，但是因?yàn)門m3+離子的f-f躍遷 屬于部分禁戒躍遷，它的積分振子強(qiáng)度只有1〇_6,因此它對太陽光的總吸收很小利用率很 低。為了提高紅外量子剪裁太陽能電池的效率，引入Eu 2+、Bi3+、Ce3+、Na+、Ag+、K +、Li+、Yb2+等 敏化劑，因?yàn)樗鼈兊膄_d電子組態(tài)間躍遷的積分振子強(qiáng)度可到接近1，在近紫外到可見區(qū)有 強(qiáng)而寬的吸收，從而可以較大幅度提高紅外量子剪裁太陽能電池的效率。
[0042] 圖6顯示了敏化劑對Tm3+離子的紅外量子剪裁的敏化的一個能級示意圖，其中利 用敏化劑的f-d電子組態(tài)間躍遷和Tm3+離子的3H4Jg4Jd2Ji6等能級的吸收，充分利用高激 發(fā)電子組態(tài)的允許躍遷的強(qiáng)的振子強(qiáng)度和寬的吸收截面，在紫外到可見區(qū)吸收了強(qiáng)而寬的 太陽光譜能量，該強(qiáng)而寬的太陽光譜能量隨后經(jīng)能量傳遞傳給了激活中心Tm3+離子的義等 能級。
[0043] 實(shí)施例3.Er3+尚子的紅外量子剪裁發(fā)光
[0044] 本實(shí)施例以Era3Gda7VO4晶體為例，研究了Er3+離子的多光子紅外量子剪裁發(fā)光。 Era3Gda7VO4 晶體為按照文獻(xiàn)記載（ZaguniennyiAI，OstoumovVG，ShcherbakovIA， JensenT，MeynJP，andHuberG1992Sov.J.Quant.Electron. 221071)用單晶提拉法制 備出來的。
[0045] 首先，測量了Era3Gda7VO4晶體材料的可見區(qū)的熒光發(fā)射光譜：選取Era3Gda7VO4 晶體材料的吸收峰位 523. 5nm、823. 5nm、381. 0nm、546. 5nm、658. 7nm、491. 5nm、453.Onm、 409.Onm和367. 5nm作為激發(fā)波長進(jìn)行測量，發(fā)現(xiàn)Ertl. 3GdQ. 7V04晶體材料在可見區(qū)有 411.5nm，524.5nm, (553.0nm，557.0nm)，668.5nm，700.0nm，810.5nm，850.0nm數(shù)個可見 熒光峰，經(jīng)指認(rèn)，這些熒光為（2G4F2H)9/2 - 4I15/2,2H11/2 - 4I15/2,4S3/2 - 4I15/2,4F9/2 - 4115/2， 4F7/2 - 4I13/2，％/2 - 4I15/2,4S3/2 - 4I13Z2的熒光躍遷。測量得到的可見熒光躍遷和它們的積 分突光強(qiáng)度都列于表1。表1中的557.Onm-欄給的為524. 5nm的2H11/2 - 4115/2突光和 (553.Onm，557.Onm)的4S3/2 - 4115/2熒光的積分熒光強(qiáng)度的和。
[0046] 隨后，測量了Era3Gda7VO4晶體材料的紅外區(qū)的熒光光譜：選取Era3Gda7VO4晶體 材料的吸收峰位 523. 5nm、823. 5nm、381. 0nm、546. 5nm、658. 7nm、491. 5nm、453. 0nm、409.Onm 和367. 5nm作為激發(fā)波長進(jìn)行測量，發(fā)現(xiàn)Era3Gda7VO4晶體材料在紅外區(qū)有999. 5nm和 1532. 5nm的紅外熒光峰，經(jīng)指認(rèn)，這些熒光為4I11/2 - 4115/2和4I13/2 - 4115/2的熒光躍遷。測 量得到的紅外熒光躍遷和它們的積分熒光強(qiáng)度也都列于表1。
[0047] 圖7給出了測量得到的紅外熒光光譜。圖7中的自下而上的第一條線給出了在 823. 5nm激發(fā)光激發(fā)419/2能級的時候的800nm-1700nm的紅外熒光光譜（1648.Onm的窄線 為激發(fā)光的諧波），圖7中的自下而上的第二條線給出了在546. 5nm激發(fā)光激發(fā)4S3/2能級 的時候的800nm-1700nm的紅外熒光光譜，圖7中的自下而上的第三條到第八條線給出了 在523. 5nm激發(fā)光激發(fā)2H11/2能級、在491. 5nm激發(fā)光激發(fā)4F7/2能級、在453.Onm激發(fā)光激 發(fā)4F5/2能級、在409.Onm激發(fā)光激發(fā)（2G4F2H) 9/2能級、在381.Onm激發(fā)光激發(fā)4Giv2能級、在 367. 5nm激發(fā)光激發(fā)4G9/2能級的時候的800nm-1700nm的紅外熒光光譜。所有測量條件都 已歸一化。且圖7和表1所給的所有測量曲線或數(shù)據(jù)都為校準(zhǔn)之后的實(shí)驗(yàn)曲線或數(shù)據(jù)，它 們之間的相對強(qiáng)度已直接可以比較。
[0048]表 1?激發(fā) 523. 5nm的 2H11/2 能級、823. 5nm的 419/2 能級、381.Onm的 4Giv2 能級、 546. 5nm的 4Sv2 能級、658. 7nm的 4F9Z2 能級、491. 5nm的 4F7/2 能級、453.Onm的 4F5/2 能級、 409.Onm的（2G4F2H)9/2 能級、和 367. 5nm的 4G9/2 能級的 411. 5nm，557. 0nm，668. 5nm，700.Onm， 810. 5nm，999. 5nm，和1532. 5nm各條熒光線的校準(zhǔn)的積分熒光強(qiáng)度和近似的量子剪裁效率 n，。
[0049]表1
[0050]

【權(quán)利要求】
1. 一種的多光子多層量子剪裁鍺或硅鍺太陽能電池，其包括鍺基片，位于鍺基片上的 鍺或硅鍺太陽能電池，以及位于鍺或硅鍺太陽能電池的受光表面?zhèn)鹊闹辽賰蓪恿孔蛹舨?層，所述至少兩層量子剪裁層選自：吸收波長在280nm至385nm范圍內(nèi)的紫外光并且通過 稀土尚子的四光子紅外量子剪裁效應(yīng)發(fā)出四倍的紅外光子的第一量子剪裁層；吸收波長在 370nm至525nm范圍內(nèi)的紫外-藍(lán)光并且通過稀土離子的三光子紅外量子剪裁效應(yīng)發(fā)出三 倍的紅外光子的第二量子剪裁層；和吸收波長在480nm至820nm范圍內(nèi)的藍(lán)綠光-橙紅光 并且通過稀土離子的雙光子紅外量子剪裁效應(yīng)發(fā)出二倍的紅外光子的第三量子剪裁層。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多光子多層量子剪裁鍺或硅鍺太陽能電池，其中所述至少兩 層量子剪裁層以從第一至第二量子剪裁層或從第一至第三量子剪裁層的順序在光入射方 向上排列。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多光子多層量子剪裁鍺或硅鍺太陽能電池，其中所述至少兩 層量子剪裁層分別是由含有稀土離子的磷光粉材料、玻璃陶瓷、晶體或非晶、玻璃或鍍膜形 成的層，所述稀土離子為Tm3+或Er3+。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的多光子多層量子剪裁鍺或硅鍺太陽能電池，其中所述至少兩 層量子剪裁層是由含Tm3+的磷光粉材料形成的層，并且其中第一量子剪裁層敏化約357nm 的1D2能級隨后發(fā)出四倍的紅外光子，第二量子剪裁層敏化約459nm的1G 4能級隨后發(fā)出三 倍的紅外光子，第三量子剪裁層敏化約680nm的3F3能級和約800nm的3H 4能級隨后發(fā)出兩 倍的紅外光子。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的多光子多層量子剪裁鍺或硅鍺太陽能電池，其中第一至第三 量子剪裁層中含有選自Eu2+、Bi3+、Ce3+、Na+、Ag+、K+、Li+和Yb 2+的敏化劑。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的多光子多層量子剪裁鍺或硅鍺太陽能電池，其中第一量 子剪裁層由Eu2+Tm3+ :Ba (P03) 2磷光粉等材料形成，第二量子剪裁層由Bi3+Tm3+ :YNb04磷光粉 等材料形成，第三量子剪裁層由Cai_x_yAlSiN3 :XEu2+yTm3+磷光粉等材料形成，其中x范圍為 〇_1，y范圍為〇_1。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多光子多層量子剪裁鍺或硅鍺太陽能電池，其中所述至少兩 層量子剪裁層是由含Er3+的磷光粉材料形成的層，并且其中第一量子剪裁層敏化約381nm 的4G11/2能級隨后發(fā)出四倍的紅外光子，第二量子剪裁層敏化約520nm的2H 11/2能級隨后發(fā) 出三倍的紅外光子，第三量子剪裁層敏化約658nm的4F9/2與約820nm的41 9/2能級隨后發(fā)出 兩倍的紅外光子。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的多光子多層量子剪裁鍺或硅鍺太陽能電池，其中第一至第三 量子剪裁層中含有選自Eu2+、Bi3+、Ce3+、Na+、Ag+、K+、Li+和Yb 2+的敏化劑。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的多光子多層量子剪裁鍺或硅鍺太陽能電池，其中第一量 子剪裁層由Eu2+Er3+ :BaBP05磷光粉等材料形成，第二量子剪裁層由Eu2+Er3+ :SrAl204磷光粉 等材料形成，第三量子剪裁層由Ca (Al/Si) 2N2 (NhOj :Eu2+Er3+磷光粉等材料形成，其中x為 0_1 〇
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多光子多層量子剪裁鍺或硅鍺太陽能電池，其還具有位于 光入射表面?zhèn)鹊木酃庀到y(tǒng)。
【文檔編號】H01L31/055GK104332520SQ201410424785
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年8月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月26日
【發(fā)明者】陳曉波, 聶玉昕, 宋增福 申請人:北京師范大學(xué)