专利名称：太阳能电池用量子点光波长转换层的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种含有三元合金量子点的波长转换层以及这种量子点波长转换层
三元合金量子点在太阳能电池中的用途。
背景技术：
全球科技与经济活动快速发展，致使人类能源需求激增，未来能源不足现象已浮现。化石燃料使用及排放对环境的污染更是已成为世界各国不容忽视的重大问题。取之不尽、用之不竭的太阳能是一种清洁、可再生的绿色环保能源。太阳能发电技术有利于净化环境、减少污染，是人类从根本上解决能源问题的重要途径。然而，太阳能电池的光电转换效率偏低，发电成本过高，称为制约太阳能电力广泛应用的瓶颈。其根本原因在于硅的光谱响应特性与太阳光谱分布不匹配。如图l所示太阳光是由可见光、紫外光和红外光组成的辐射光，其光谱构成波长范围为280纳米(nm) 2500nm。晶体硅为间接带隙半导体，并非理想的太阳能电池材料。其带隙宽度为1. 1电子伏特(eV)，截至吸收波长为1120nm，最大的光谱响应在600nm-980nm范围，而对太阳其他波段的光有非常低的响应或者无响应，造成很大的能量损失。因此，为了提高太阳能电池的发电效率，将浪费的太阳光转移到硅高响应率的可见光范围是弥补硅作为太阳能电池材料的局限性的一种有效的方式。
—些研究人员提出了利用荧光材料(例如有机发光分子、有机金属络合物和无机稀土材料)将太阳光波长转换到与硅的最高光谱相应范围，从而提高太阳能电池的能量转换效率。日本科学家们在专利JP2001352091中和JP2000327715中分别提出利用有机荧光染料分子和有机金属络合物作为波长转换剂来提高太阳能电池的效率，然而，有机发光分子和有机金属络合物等基于有机材料天生易老化的缺陷，其耐紫外，耐热，耐候性都非常差，在太阳能电池工作的恶劣室外条件下非常容易老化，不仅本身很快失去了发光的效用，而且更加速了引发了太阳能电池组件的的老化和失效。无机稀土材料虽然能够克服有机材料的易老化缺陷，但是目前已研究出的的若干无机稀土荧光材料，或者吸收或荧光效率极低，或者吸收发射光谱与太阳光谱不匹配，都不适合用于太阳能电池的波长转换。例如镧系稀土离子掺杂的卤化物和氟化物荧光粉，目前主要用在显示器上，其吸收峰在100nm附近的深紫外波段，远远超出了太阳能光谱的范围。Shalav等在APPLIED PHYSICS LETTERS86,013505(2005)中提出用掺铒的氟化物作为荧光上转换剂提高太阳能电池的效率，但是，荧光上转换是非线性的光学过程，吸收几率和光转换的量子效率都很小。而且这些无机荧光粉粒径太大，严重影响了太阳能电池表面层的透光性，反而会进一步降低太阳能电池的能量转换效率。近年来，W02007133344和CN101188255公开了纳米尺度的稀土无机颗粒作为太阳能电池的光转换剂，但是并没有解决吸收几率、荧光效率偏低的缺点和太阳光谱不匹配的问题。 量子点(quantum dot， QD)又可称为半导体纳米微晶体，是一种由II-VI族或III-V族元素组成的纳米颗粒。量子点由于粒径很小(约1 100nm)，电子和空穴被量子限域，连续能带变成具有分子特性的分立能级结构，因此具有不同于其相应的体相和分子态的独特的物理和化学性质。相对于传统的有机荧光染料，荧光半导体纳米量子点具有连 续的吸收光谱，窄而对称的荧光发射光谱、优良的光稳定性、较高的发光效率以及在整个可 见光范围连续可调的发光波长。这些特点使得量子点更适合于转换太阳能光谱的波长以提 高太阳能电池的转换效率。量子点的光吸收和荧光特征可以由其体积大小和组成材料来控 制，可获得多种可分辨的颜色。W02008046147和W02008079437公开了用量子点作为太阳电 池的波长转换剂，却没不能给出任何实例。KR2006080437、 US2006016997、和CN101101930 和W02008079437也分别公开了量子点作为太阳电池的波长转换剂，其中所使用的量子点 都是II-VI族或III-V族元素组成的两元量子点。两元量子点只能通过改变量子点的尺寸 来实现其对荧光波长、物理化学性质的调控，具有很大的局限性。尤其是是高质量小尺寸的 量子点难以合成，因为小尺寸量子点的表面缺陷会使其荧光效率和稳定性显著降低，限制 了其实际应用。 因此，目前本领域急需一种新的高荧光稳定性的量子点作为波长转换剂，其具有 优越的荧光稳定性、高的荧光效率以及宽的发光范围，其吸收和荧光特征可以灵活的调节 控制，从而提高太阳能电池的效率；而且用于太阳能电池时能够具有适当的其他性质，例如 保证太阳能电池前板的高透明性、耐紫外性能和可加工性等等。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于波长转换的三元合金的量子点，能够将太阳光波
长转换到与太阳能电池的光谱吸收特性相匹配，从而提高太阳能电池的效率。 本发明的另一目的是提供一种太阳能电池用的光转化层，其中填充有本发明所述
的三元合金的量子点，以增加太阳能电池的发光效率。该光转换层可以由本发明中的三元
合金量子点纳米荧光颗粒涂布在太阳能电池硅面光表面或太阳能电池覆盖前板的内外表
面、或者太阳能电池用聚光器的内外表面的透明波长转换薄膜，也可以是由本发明中的三
元合金的量子点填充在太阳能电池覆盖前板或者太阳能电池覆盖前板和硅之间的封装材
料中、或者太阳能电池用聚光器的内外表面形成透明光转换层。 本发明一方面提供了一种三元合金量子点荧光颗粒，所述量子点的粒径为 l-100nm，所述量子点可用下式表示
AxByCz， 其中A选自过渡金属元素； B选自过渡金属、氧族元素和/或氮族元素； C选自氧族元素和/或氮族元素； B禾PC不相同； x、 y禾P z在大于0到1之间。 在本发明的一个优选实例中，所述量子点的粒径为1-50纳米，较好为1-25纳米， 最好1-10纳米。 在本发明的一个优选实例中，所述A选自元素周期表中的第IB和IIB族元素；所 述A优选选自IIB族元素；所述A最好选自锌和镉。 在本发明的一个优选实例中，所述B选自元素周期表中的第IB和I IB族元素以及 氧族元素，较好选自第IIB族元素和氧族元素，更好选自锌、镉、硫和硒；和/或，所述C选自氧族元素，较好选自氧、硫、硒和碲，最好选自硫和硒。 在本发明的一个优选实例中，x在0. 01到1之间；和/或，y在0. 01到1之间，较好在0. 05到1之间，更好在0. 1到1之间，最好在0. 2到0. 99之间；和/或，z在0. 1至lj 1之间，较好在0. 2到1之间，更好在0. 5到1之间，最好在0. 75到1之间；较好地，x、y和z满足条件x+y = 1或者y+z = 1 ;更好地，x、 y和z满足条件x+y = z = 1或者y+z = x=1。 在本发明的一个优选实例中，所述三元合金量子点由水溶液或有机溶剂中的化学溶胶法、分子束磊晶或化学气相沉积自组织法及光刻法制备。 本发明另一方面提供了本发明所述的的三元合金量子点在太阳能电池中的用途。
在本发明的一个优选实例中，所述用途为用于太阳光波长转换到与太阳能电池最大光响应区，从而提高太阳能电池的效率。 本发明还提供了一种太阳能电池，它包括前板、背板、位于前板与背板之间的太阳能电池电路，其中所述太阳能电池包括本发明所述的三元合金量子点。 在本发明的一个优选实例中，所述太阳能电池包括前板、背板、位于前板与背板之间的太阳能电池电路、聚合物封装材料和聚光器，其中所述前板、前板、背板、位于前板与背板之间的太阳能电池电路、聚合物封装材料和聚光器中的至少一个或任意两者之间包括本发明所述的三元合金量子点荧光颗粒。 本发明还提供了一种用于太阳能电池的光转化层，所述光转换层包括本发明所述的三元合金量子点荧光颗粒和透明聚合物。 在本发明的一个优选实例中，所述透明聚合物包括聚甲基丙烯酸甲酯、聚醚酰亚
胺、多聚赖氨酸、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、
有机硅、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离子聚合物及其组合。 同现有技术相比，本发明中的三元合金的量子点具有优越的荧光稳定性、高的荧
光效率以及宽的发光范围，其吸收和荧光特征可以通过调控尺寸和元素组分灵活调节，从
而提高太阳能电池的效率。 同现有技术相比，本发明中的三元合金的量子点可以在保持粒径不变的条件下，通过调节其成分组成比，获得更适合太阳能电池的发光波长。 同现有技术相比，本发明中的荧光颗粒为纳米尺度，纳米颗粒的特殊光散射性质可以有效的保证其依赖的太阳能组件中前表面介质的的高透明性，诸如太阳能电池玻璃或聚合物覆盖前板，前板和硅之间的封装材料，及硅中形成光转换层，并引起了对蓝紫外光的瑞利多重散射，起到荧光增强的效果。 同现有技术相比，本发明中的荧光颗粒具有紫外吸收特性的无机材料，本身具有
高稳定性的优点，还可以有效的保证太阳能组件的耐紫外、耐老化性和可加工性。 附图简述 下面结合附图更详细地说明本发明。附图中
图1是太阳辐射光谱的波长分布曲线和结晶硅太阳能电池对太阳的光谱响应曲线示意图； 图2是本发明较佳实施例的结晶硅太阳能电池板的示意图；其中1为玻璃片，2为
5透明聚合物，3为电极，4为晶体硅，5为电极，6为聚合物后板，7为三元合金量子点；
图3是本发明实施例3-7中不同含量的锌三元合金量子点ZnCdSe的荧光光谱；
图4是本发明实施例1荧光三元合金量子点CdSSe聚合物光转换层的吸收光谱、荧光光谱和结晶硅太阳能电池对太阳的光谱响应曲线 图5是本发明实施例10的波长转换透明层的透射光谱具体实施例方式
本文所公开的"范围"以下限和上限的形式。可以分别为一个或多个下限，和一个或多个上限。给定范围是通过选定一个下限和一个上限进行限定的。选定的下限和上限限定了特别范围的边界。所有可以这种方式进行限定的范围是包含和可组合的，即任何下限可以与任何上限组合形成一个范围。例如，针对特定参数列出了 60-120和80-110的范围，理解为60-110和80-120的范围也是预料到的。此外，如果列出的最小范围值1和2，和如果列出了最大范围值3，4和5，则下面的范围可全部预料到l-3、l-4、l-5、2-3、2-4、和2-5。在本发明中，术语太阳能电池板的"前板"是指在位于太阳能电池受光一侧表面上的外层表面板，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个受光表面，使用时它面朝太阳的方向；所述前板的第二表面邻近太阳能电池的太阳能电池电路放置。
在本发明中，术语"邻近太阳能电池电路放置"并不意味着所述前板和/或背板的第二表面与太阳能电池电路直接接触，在太阳能电池电路和前板和/或背板的第二表面之间还可包括例如一层乙烯_乙酸乙烯酯共聚物包封层或绝缘粘合剂。 在本发明中，术语"太阳能电池电路"包括受光照能产生电流的各种电池或电池模块，可根据具体用途的要求对多块所述太阳能电池模块进行组合以获得所需的电功率、电压、电流等。本发明太阳能电池电路的非限定性例子有例如单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池、纳米硅太阳能电池和非晶体硅薄膜太阳能电池等。 在本发明中，所述"合金"表示多种元素(可以是金属或非金属)的混合物。 在本发明中，除非有其他说明，"氧族元素"表示氧、硫、硒和碲。 在本发明中，除非有其他说明，"过渡金属"或"过渡元素"表示元素周期表中
IVB-IIB族的元素。 在本发明中，除非有其他说明，组合物的各组分的含量范围以及其优选范围之间可以相互组合形成新的技术方案。 在本发明中，除非有其他说明，"其组合"表示所述各元件的多组分混合物，例如两种、三种、四种以及直到最大可能的多组分混合物。 在本发明中，术语用于构成前板的"塑料"是指任何法向透光度(对于波长为350-1150nm的光线)大于88% ，较好大于92% ，更好大于96%的聚合物材料。这种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；聚对苯二甲酸乙二醇酯；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；聚氨酯等以及它们的两种或多种形成的层压物。
在本发明中，术语用于构成背板的"塑料"是指能向太阳能电池板提供结构支持的
6任何聚合物材料。这种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；聚对苯二甲酸乙二醇酯；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；聚氨酯等以及它们的两种或多种形成的层压物。 在本发明中，除非有其他说明，所有"份"和百分数(％ )都指重量百分数。
在本发明中，除非有其他说明，所有组合物中各组分的百分数之和为100%。
在本发明中，除非有其他说明，数值范围"a-b"表示a到b之间的任意实数组合的縮略表示，其中a和b都是实数。例如数值范围"0-5"表示本文中已经全部列出了 "0-5"之间的全部实数，"0-5"只是这些数值组合的縮略表示。 在本发明中，除非有其他说明，整数数值范围"a-b"表示a到b之间的任意整数组合的縮略表示，其中a和b都是整数。例如整数数值范围"l-N"表示1、2……N，其中N是 量子点(quantum dot， QD)又可称为半导体纳米微晶体，是一种由II-VI族或III-V族元素组成的纳米颗粒。量子点由于粒径很小(约l-100nm)，电子和空穴被量子限域，连续能带变成具有分子特性的分立能级结构，因此有非常高效率的荧光效果。量子点的光吸收和荧光特征可以由其体积大小和组成材料来控制，可获得多种可分辨的颜色。
本发明一方面提供了一种三元合金量子点荧光颗粒，所述量子点的粒径为l-100nm，所述量子点可用下式表示
AxByCz， 其中A选自过渡金属元素； B选自过渡金属、氧族元素和/或氮族元素； C选自氧族元素和/或氮族元素； B禾PC不相同； x、 y和z在大于0到1之间。 在本发明中，所述A选自过渡金属元素。在本发明的一个优选实例中，所述A选自元素周期表中的第IB和IIB族元素。在本发明的另一个优选实例中，所述A选自IIB族元素。在本发明的另一个优选实例中，所述A选自锌和镉。 在本发明中，所述B选自过渡金属、氧族元素和/或氮族元素。在本发明的一个优选实例中，所述B选自元素周期表中的第IB和I IB族元素以及氧族元素。在本发明的一个优选实例中，所述B选自第IIB族元素和氧族元素。在本发明的另一个优选实例中，所述B选自锌、镉、硫和硒。 在本发明中，所述C选自氧族元素和/或氮族元素。在本发明的一个优选实例中，所述C选自氧族元素。在本发明的另一个优选实例中，所述C选自氧、硫、硒和碲。在本发明的另 一个优选实例中，所述C选自硫和硒。 在本发明中，x、y和z分别表示A、B和C的摩尔分数。通常，x在大于0到1之间。在本发明的一个优选实例中，x在0. 01到1之间。 通常，y在大于0到1之间。在本发明的一个优选实例中，y在0. 01到1之间，较好在0. 05到1之间，更好在0. 1到1之间，最好在0. 2到0. 99之间。 通常，z在大于0到1之间。在本发明的一个优选实例中，z在0. 1到1之间，较好在0. 2到1之间，更好在0. 5到1之间，最好在0. 75到1之间。在本发明的另一个优选实例中，x、 y和z满足条件x+y = 1或者y+z = 1。在本
发明的另一个优选实例中，x、 y和z满足条件x+y = z = 1或者y+z。 在本发明中，制备三元合金量子点掺杂稀土金属离子的纳米颗粒的方法在本领域
中是已知的，本领域的普通技术人员根据现有技术的描述可以直接得到具体的制备方法。
所述方法包括但不限于水溶液或有机溶剂中的化学溶胶法、分子束磊晶或化学气相沉积自
组织法及光刻法。 在本发明中，所述三元合金量子点的粒径为1-100纳米，较好1-50纳米，更好为1-25纳米，最好1-10纳米。 本发明还提供一种本发明所述的三元合金量子点在太阳能电池中的用途，具体是
用于太阳光波长转换到与太阳能电池最大光响应区，从而提高太阳能电池的效率。 本发明所述的三元合金量子点可直接施加到太阳能电池板中，或者与透明聚合物
共混后形成光转化层再施加到太阳能电池板中。 在本发明的一个实例中，本发明所述的三元合金量子点直接涂布在太阳能电池电
路表面上，具体可以采用旋涂、喷涂、化学沉积、电化学沉积或者丝网印刷等方法。 在本发明的另一个实例中，本发明所述的三元合金量子点填充在太阳能电池前板
玻璃覆盖层中，具体可以采用高温熔融的工艺直接加工成透明玻璃。 在本发明的另一个实例中，本发明所述的三元合金量子点填充在太阳能电池前板
聚合物覆盖层中，具体可以采用熔融共混、原位聚合法、溶胶_凝胶法等。 在本发明的另一个实例中，本发明所述的三元合金量子点填充在太阳能电池的
前板和太阳能电池电路之间的聚合物封装层中，具体可以采用熔融共混、原位聚合法、溶
胶-凝胶法等。 在本发明的另一个实例中，本发明所述的三元合金量子点与透明聚合物一起涂布在太阳能电池玻璃前板的内或外表面形成透明的波长转换薄膜，具体可以采用旋涂、喷涂、化学沉积、电化学沉积或者丝网印刷的方法。 在本发明的另一个实例中，本发明所述的三元合金量子点与透明聚合物一起涂布在太阳能电池聚合物前板的内或外表面形成透明的波长转换薄膜，具体可以采用旋涂、喷涂、化学沉积、电化学沉积或者丝网印刷的方法。 在本发明的另一个实例中，本发明所述的三元合金量子点与透明聚合物一起涂布在太阳能电池电路表面上形成透明的波长转换薄膜，具体可以采用旋涂、喷涂、化学沉积、电化学沉积或者丝网印刷的方法。 在本发明中，所述透明聚合物是常规的，它可以是本领域中常用的任意透明聚合物。在本发明的一个优选实例中，所述透明聚合物选自聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚醚酰亚胺(PEI)、多聚赖氨酸(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、有机硅、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离子聚合物(Surlyn)。
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本发明另一方面提供了 一种太阳能电池用的光转化层，所述光转换层包括本发明 所述的三元合金量子点和透明聚合物。 本发明还提供了一种太阳能电池，它包括前板、背板和位于前板与背板之间的太 阳能电池电路，其中太阳能电池包括本发明所述的三元合金量子点。 本发明太阳能电池板的制造方法可以是本领域任何常规的制造方法。在本发明的 一个实例中，使用中国专利CN02143582. 0公开的太阳能电池板的制造方法。
下面结合实施例进一步说明本发明，但是可以理解本发明并没有局限于此。
本发明中的纳米颗粒的粒径大小可以用JSM-6700F扫描电子显微镜(SEM)测定。
本发明中的纳米颗粒和光转换层的光致荧光谱用Hitachi F_4500荧光光谱仪测 量，用氙(Xe)灯做激发光源。吸收光谱用Hitachi U-2910紫外可见分光光度计测量。透 射光谱用Perkin Elmer Lambda 950紫外/可见/近红外分光光度计测量。所有的测量都 是在室温下进行的。
实施例1 制备三元合金量子点CdSe。.2S。.8 :将2mmo1 Se和8mmo1 S在室温下磁力搅拌下溶 于10ml三辛基磷(TOP)和10ml十八碳烯(ODE)中，形成SeS前驱体溶液；将lOmmol氧化 铬(CdO)溶于10ml油酸和10ml油胺中，在30(TC磁力搅拌下形成Cd前驱体溶液。将上述 两种体积相等的前驱体溶液混合后磁力搅拌，然后加热到300°C ，迅速成核。然后降至室温， 使反应淬灭，生长过程中断，生成CdSe。.2S。.8三元合金量子点，粒径尺寸为5nm左右。
实施例2 制备三元合金量子点Zn。.5Cd。.5S :将lmol硫、30 ii mol硫化剂溶于6克十八碳烯 (ODE)后超声处理1小时，将0. 5mol乙酸铬、0. 5mol硬脂酸锌和1. 5mol水杨酸溶于20克 十八碳烯(ODE)，然后将两种溶液混合后转入三口烧瓶，加热到12(TC磁力搅拌2小时，得到 清澈的溶液，然后再加热到24(TC氮气环境下热退火生成Zn。.5Cd。.5S三元合金量子点，粒径 尺寸为4nm左右。
实施例3 制备三元合金量子点Zn。.。^d。.99Se :将5mmo1氧化铬、5ml辛基磷和15ml十四碳烯 膦酸混合溶液30(TC磁力搅拌6小时，冷却到室温后放置48小时。将5mmo1硒溶于10ml三 辛基磷。然后将两种溶液混合加热到28(TC持续40分钟生成CdSe纳米颗粒。将50 y mol 二乙基锌和50 ii mol硒溶于0. 5ml三辛基磷溶液，然后升温到30(TC注入制备好的CdSe纳 米颗粒的溶液，加热3小时之后迅速降温，用氯仿稀释生成三元合金量子点Zn。. Q1Cd。. 99Se，粒 径尺寸为4nm左右。
实施例4 制备三元合金量子点Zn。.。55Cd。.95Se :将5mmo1氧化铬、5ml辛基磷和15ml十四碳烯 膦酸混合溶液30(TC磁力搅拌6小时，冷却到室温后放置48小时。将5mmo1硒溶于10ml三 辛基磷。然后将两种溶液混合加热到28(TC持续40分钟生成CdSe纳米颗粒。将0. 26mmo1 二乙基锌和0. 26mmo1硒溶于2ml三辛基磷溶液，然后升温到30(TC注入制备好的CdSe纳米 颗粒的溶液，加热3小时之后迅速降温，用氯仿稀释生成三元合金量子点Zn。.。5Cd。.95Se，粒径 尺寸为4nm左右。
实施例5
制备三元合金量子点Zn。.iCd。.gSe :将5mmo1氧化铬、5ml辛基磷和15ml十四碳烯 膦酸混合溶液30(TC磁力搅拌6小时，冷却到室温后放置48小时。将5mmo1硒溶于10ml三 辛基磷。然后将两种溶液混合加热到28(TC持续40分钟生成CdSe纳米颗粒。将0. 55mml 二乙基锌和0. 55mml硒溶于2. 5ml三辛基磷溶液，然后升温到30(TC注入制备好的CdSe纳 米颗粒的溶液，加热3小时之后迅速降温，用氯仿稀释生成三元合金量子点Zn^Cd。.9Se，粒 径尺寸为4nm左右。
实施例6 制备三元合金量子点Zn。.2Cd。.8Se :将5mmo1氧化铬、5ml辛基磷和15ml十四碳烯 膦酸混合溶液30(TC磁力搅拌6小时，冷却到室温后放置48小时。将5mmo1硒溶于10ml三 辛基磷。然后将两种溶液混合加热到28(TC持续40分钟生成CdSe纳米颗粒。将1. 25mml 二乙基锌和1. 25mml硒溶于10ml三辛基磷溶液，然后升温到30(TC注入制备好的CdSe纳米 颗粒的溶液，加热3小时之后迅速降温，用氯仿稀释生成三元合金量子点Zn。.^d。.8Se，粒径 尺寸为4nm左右。
实施例7 制备三元合金量子点Zn。.3Cd。.7Se :将5mmo1氧化铬、5ml辛基磷和15ml十四碳烯 膦酸混合溶液30(TC磁力搅拌6小时，冷却到室温后放置48小时。将5mmo1硒溶于10ml三 辛基磷。然后将两种溶液混合加热到28(TC持续40分钟生成CdSe纳米颗粒。将2. 14mml 二乙基锌和2. 14mml硒溶于18ml三辛基磷溶液，然后升温到30(TC注入制备好的CdSe纳米 颗粒的溶液，加热3小时之后迅速降温，用氯仿稀释生成三元合金量子点Zn。.3Cd。jSe，粒径 尺寸为4nm左右。 组分Zn在ZnCdSe的比例根据添加的二乙基锌的重量来调控得到其浓度分别为 1%、5%、10%、20%和30% (分别对应实施例3-7)，从而调整了合金量子点ZnCdSe的能带 宽度。对应的荧光发光峰随着锌的的比例增加而逐渐蓝移，如图3所示。
实施例8 制备太阳能电池用的Zn。.5Cd。.5S量子点掺杂聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)透明光波 长转换薄膜将1 %的PMMA的丙酮溶液与Zn。. 5Cd。. 5S量子点水溶液混合，按该甲基丙烯酸甲 酯的重量计Zn。.5Cd。.5S量子点(实施例2)的量为1000卯m。将混合溶液在室温下快速搅拌 12小时，使得ZnCdS量子点均匀分散在PMMA里面，使用匀胶机将Zn。.5Cd。.5S量子点和PMMA 的混合溶液涂覆在12. 5cmX12. 5cm的单晶硅太阳能电池电路表面，转速为2000r/min。然后 再室温下干燥24小时，再放置于6(TC真空条件下烘烤2小时除去残余的溶剂，形成透明的 光学薄膜于单晶硅太阳能电池电路表面。
实施例9 制备太阳能电池用的ZriMCcUSe量子点涂层的透明光波长转换玻璃前板将石英 玻璃基片依次用丙酮、乙醇和去离子水超声清洗，烘干后浸入实施例5所得Zn^Cd^Se量 子点的5%的氯仿分散液，静置10分钟，垂直向上迅速提拉，然后将所形成的湿膜在空气中 自然干燥24小时。接着35(TC条件下煅烧30分钟，形成500nm厚的透明的光学薄膜在石英
玻璃表面，然后将玻璃放置于单晶硅太阳能电池表面制成太阳能电池组件。
实施例10 制备太阳能电池用的CdSMSeu量子点掺杂的透明光波长转换封装层将乙烯_乙酸乙烯共聚物树脂(EVA)和和按该乙烯-乙酸乙烯酯共聚物树脂的重量计，5000卯m 的交联固化剂2，5-二甲基-2，5-双(叔丁基过氧)乙烷，1000卯m的抗氧剂三(2，4_二叔 丁基苯基)亚磷酸酯、1000ppm的受阻胺类光稳定剂双(l-辛氧基-2，2，6，6-四甲基-4-哌 啶基)癸二酯、500卯m的增粘剂Y _氨基酸三乙氧基硅烷和2000卯m的CdS。.2Se。.8量子点 (实施例1)用挤出机共混挤出，然后流延、冷却制成纳米荧光颗粒掺杂的厚度为300-600微 米厚的透明薄膜。CdS。.^e。.8量子点与EVA复合薄膜的荧光光谱和吸收光谱如图4所示。其 透射光谱如图5所示。然后采用真空层压法将玻璃、EVA、太阳能电池、EVA、背板热压，成型 制成太阳能电池组件。
权利要求
一种三元合金量子点荧光颗粒，所述量子点的粒径为1-100nm，所述量子点可用下式表示AxByCz，其中A选自过渡金属元素；B选自过渡金属、氧族元素和/或氮族元素；C选自氧族元素和/或氮族元素；B和C不相同；x、y和z在大于0到1之间。
2. 如权利要求1所述的三元合金量子点，其特征在于所述量子点的粒径为1-50纳米，较好为1-25纳米，最好1-10纳米。
3. 如权利要求1所述的三元合金量子点，其特征在于，所述A选自元素周期表中的第IB和I IB族元素；所述A优选选自I IB族元素；所述A最好选自锌和镉。
4. 如权利要求1所述的三元合金量子点，其特征在于，所述B选自元素周期表中的第IB和IIB族元素以及氧族元素，较好选自第1IB族元素和氧族元素，更好选自锌、镉、硫和硒；和/或，所述C选自氧族元素，较好选自氧、硫、硒和碲，最好选自硫和硒。
5. 如权利要求1所述的三元合金量子点，其特征在于，x在0. 01到1之间；和/或，y在0. 01到1之间，较好在0. 05到1之间，更好在0. 1到1之间，最好在0. 2到0. 99之间；和/或，z在0. 1到1之间，较好在0. 2到1之间，更好在0. 5到1之间，最好在0. 75到1之间；较好地，x、 y和z满足条件x+y = 1或者y+z = 1 ;更好地，x、 y和z满足条件x+y =z = 1或者y+z = x = 1。
6. 如权利要求1所述的三元合金量子点，其特征在于所述三元合金量子点由水溶液或有机溶剂中的化学溶胶法、分子束磊晶或化学气相沉积自组织法及光刻法制备。
7. 权利要求1所述的的三元合金量子点在太阳能电池中的用途；优选地，所述用途为用于太阳光波长转换到与太阳能电池最大光响应区，从而提高太阳能电池的效率。
8. —种太阳能电池，它包括前板、背板、位于前板与背板之间的太阳能电池电路，其中所述太阳能电池包括权利要求1所述的三元合金量子点荧光颗粒。
9. 如权利要求8所述的太阳能电池，其特征在于，所述太阳能电池包括前板、背板、位于前板与背板之间的太阳能电池电路、聚合物封装材料和聚光器，其中所述前板、前板、背板、位于前板与背板之间的太阳能电池电路、聚合物封装材料和聚光器中的至少一个或任意两者之间包括权利要求1所述的量子点荧光颗粒。
10. —种用于太阳能电池的光转化层，所述光转换层包括权利要求1所述的三元合金量子点和透明聚合物；较好地，所述透明聚合物包括聚甲基丙烯酸甲酯、聚醚酰亚胺、多聚赖氨酸、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、有机硅、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离子聚合物及其组合。
全文摘要
本发明提供了太阳能电池用量子点光波长转换层。提供了一种三元合金量子点荧光颗粒，所述量子点的粒径为1-100nm，所述量子点可用下式表示AxByCz，其中A选自过渡金属元素；B选自过渡金属、氧族元素和/或氮族元素；C选自氧族元素和/或氮族元素；B和C不相同；x、y和z在大于0到1之间。也提供了所述三元合金量子点荧光颗粒在太阳能电池中的用途。
文档编号H01L31/055GK101787271SQ20091000987
公开日2010年7月28日 申请日期2009年1月23日 优先权日2009年1月23日
发明者朱红军, 王颖娟 申请人:E.I.内穆尔杜邦公司