一种太阳能电池及光伏系统的制作方法

本发明涉及光伏，尤其涉及一种太阳能电池及光伏系统。

背景技术：

1、在将太阳能转化为电能的过程中，太阳能电池通常只能吸收能量位于其带隙范围内的光，而低于其带隙的近红外光或红外光，将透过电池转化为热能。

2、将太阳能电池运用到建筑材料时，例如玻璃外立面或者窗户等处时，透过太阳能电池入射进室内的光一方面将导致室内温度的上升，另一方面，太阳能电池本身会吸收一部分太阳光，导致室内的光照强度变弱。

3、此外，目前应用在建筑材料中的太阳能电池通常采用单一或者无序的转换材料，导致在室内观察时，光伏建筑材料的太阳能电池会呈现单一色偏或视觉杂乱等，产生了视觉疲劳和不美观等问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种太阳能电池及光伏系统，用于提高室内光照强度，同时改善室内的视觉效果。

2、第一方面，本发明提供一种太阳能电池，本发明提供的太阳能电池包括：设置在太阳能电池的光吸收层靠近光伏建筑内侧的至少一层上转换材料，以及位于太阳能电池中，且靠近光伏建筑内侧的后透明电极层。上转换材料用于将透射和/或入射的红外光转换为可见光。至少部分可见光入射至光伏建筑内部。

3、采用上述技术方案的情况下，在现有的太阳能电池的光吸收层靠近光伏建筑内侧上设置至少一层上转换材料，并将靠近光伏建筑内侧的金属电极层改为后透明电极层，将透射和/或入射至太阳能电池的红外光转换为可见光，使得入射至太阳能电池的太阳光，在符合太阳能电池带隙范围内的光被吸收并发电之外，还能利用上转换材料将太阳能电池无法吸收利用的红外光转换为可见光，并通过透光的后透明电极层入射进光伏建筑内。在现有技术中，当太阳能电池应用在光伏建筑内侧时，太阳能电池本身会吸收一部分太阳光，导致入射进光伏建筑内的太阳光的光照强度减少，从而使光伏建筑内的亮度较低。而利用本发明提供的太阳能电池，可以通过上转换材料转换得到的可见光来提高入射光的光照强度，进而提高光伏建筑内的亮度。同时，在现有技术中透过太阳能电池的红外光会导致光伏建筑的室内温度的上升，而本发明提供的太阳能电池可以将透过太阳能电池的红外光转换为可见光，解决了室内温度升高的问题。再者，本发明提供的太阳能电池还可以利用不同的上转换材料转换得到的不同颜色的可见光为光伏建筑提供色彩，通过具有不同色彩的太阳能电池的排列组合还可以为光伏建筑提供不同的图案，改善了光伏建筑室内的视觉效果。

4、在一种可能的实现方式中，至少一层上转换材料中的任意一层上转换材料具有整层分布结构；或，至少一层上转换材料中的任意一层上转换材料具有离散分布结构；或，任意一层上转换材料具有图案化结构。

5、采用上述技术方案的情况下，上转换材料的具体形态可以为整层地设置在太阳能电池中，使得从各个角度透射和/或入射进太阳能电池内的红外光都可以被转换为可见光；上转换材料的具体形态还可以为离散分布在太阳能电池中，可以在保证从各个方向入射的红外光尽可能多地被转换的同时，减少了上转换材料的用量，降低了太阳能电池的制作成本。任意一层上转换材料均可以具有图案化的结构，在此基础上，被具有图案化结构的上转换材料转换得到的可见光也具有相应的图案，入射进光伏建筑内还可以更好地改善光伏建筑室内的视觉效果。

6、在一种可能的实现方式中，至少一层上转换材料设置在后透明电极层靠近光伏建筑内侧的一侧。和/或，至少一层上转换材料设置在后透明电极层与光吸收层之间。

7、采用上述技术方案的情况下，由于形成上转换材料的材料导电性能较差，可以将上转换材料设置在电池本体结构之外，具体地，可以设置在后透明电极层靠近光伏建筑内侧的一侧，在不影响太阳能电池发电性能的同时，完成了对于透射和/或入射的红外光的转换。也可以将至少一层上转换材料设置在后透明电极层与光吸收层之间，使得从后透明电极层入射进太阳能电池的红外光也可以被上转换材料转换并再次射向光伏建筑内，更大程度地提高了光伏建筑的入射光强度。

8、在一种可能的实现方式中，每层上转换材料包含激发不同波段可见光的至少两种上转换材料；或，每层上转换材料具有至少两个转换区域，至少两个转换区域上的上转换材料转换得到的可见光为不同波段的单色可见光。

9、采用上述技术方案的情况下，由于上转换材料本身无法将入射进太阳能电池的红外光直接转换为白光，而是转换为波长范围较窄的单色可见光，当每层上转换材料包含激发不同波段可见光的至少两种上转换材料时，可以通过不同的上转换材料激发得到的可见光的波段不同，对最终入射进光伏建筑内的光线颜色进行调配，从而得到理想的光线颜色及效果。具体设置上转换材料时，可以在一层上转换材料中直接将可以激发出不同波段可见光的至少两种上转换材料直接混合，也可以在每层上转换材料上设置至少两个不同的转换区域，其中，至少两个转换区域上的上转换材料转换得到的可见光为不同波段的单色可见光，基于此得到的每层上转换材料至少可以激发出两种不同波段的单色可见光，且不同波段的单色可见光分别由不同的转换区域激发得到，使得可以直接通过对转换区域进行排布来得到由不同颜色的可见光组成的图案效果及颜色效果，使得入射进光伏建筑内的视觉效果更佳。

10、在一种可能的实现方式中，红外光的波长范围为750nm～1mm。

11、采用上述技术方案的情况下，上转换材料可以将入射进太阳能电池的光波中波长为750nm～1mm的光波波段，转换为太阳能电池可以吸收利用的可见光。

12、在一种可能的实现方式中，太阳能电池包括依次层叠设置的透明电极基底、第一载流子传输层、光吸收层、第二载流子传输层和后透明电极层。至少一层上转换材料设置在后透明电极层背离第二载流子传输层的一侧。或，太阳能电池包括依次层叠设置的透明电极基底、第一载流子传输层、光吸收层、第二载流子传输层和后透明电极层，至少一层上转换材料设置在第二载流子传输层与后透明电极层之间，且至少一层上转换材料中具有连通后透明电极层与第二载流子传输层的导电部。或，太阳能电池包括依次层叠设置的透明电极基底、第一载流子传输层、光吸收层、第二载流子传输层和后透明电极层，至少一层上转换材料以离散分布形态设置在第二载流子传输层中。

13、采用上述技术方案的情况下，本发明提供的太阳能电池为透明太阳能电池，太阳能电池向光一侧的电极为透明电极基底，后电极为后透明电极层，利用透明的导电电极取代了普通太阳能电池的金属电极，使得太阳能电池可以透光，进而更多的红外光可进入上转换材料中，被上转换材料转换得到可见光，保证了向室内入射的可见光的光照强度，进而提高了室内的亮度；也为利用上转换材料得到的预设色彩和预设图案提供了保障，使得利用上转换材料为光伏建筑提供的预设色彩和利用不同太阳能电池得到的预设图案可以更好呈现。当太阳能电池包括依次层叠设置的透明电极基底、第一载流子传输层、光吸收层、第二载流子传输层和后透明电极层时，上转换材料的具体位置可以为设置在后透明电极层背离所述第二载流子传输层的一侧，可以在不影响太阳能电池发电性能的同时，完成对于入射的红外光的转换；也可以为设置在第二载流子传输层与所述后透明电极层之间，为了减少上转换材料对太阳能电池导电性的影响，此时可以在上转换材料中设置连通后透明电极层与第二载流子传输层的导电部；还可以将上转换材料以离散分布形态设置在第二载流子传输层中，此时载流子可以直接通过第二载流子传输层传输给后透明电极层，无需额外设置导电部，且设置在第二载流子层中离散分布的上转换材料可以节省上转换材料的用量，节约了太阳能电池的成本。

14、在一种可能的实现方式中，形成后透明电极层的材料包括掺锡氧化铟、掺氟氧化铟、掺钨氧化铟、掺铝氧化锌、掺硼氧化锌、掺钛氧化铟或掺铈氧化铟中的至少一种。

15、在一种可能的实现方式中，后透明电极层的表面具有陷光绒面结构。

16、采用上述技术方案的情况下，后透明电极层表面的陷光绒面结构具有良好的陷光效应和减反效应，可以使得从后透明电极表面入射的光线在陷光绒面结构处发生多次折射，尽可能多地入射进太阳能电池内部；入射的光线中，一方面入射进光吸收层的可见光可以被光吸收层直接吸收利用，提高了太阳能电池的光电转换效率；另一方面，入射进上转换材料的红外光可以被转换为可见光，提高了入射进光伏建筑内的光照强度。

17、在一种可能的实现方式中，当第二载流子传输层为空穴传输层时，形成第二载流子传输层的材料包括2,2',7,7'-四-(二甲氧基二苯胺)-螺芴、聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺]或聚噻吩中的至少一种。

18、在一种可能的实现方式中，形成上转换材料的材料包括掺杂有激活剂和敏化剂的基质。基质包括氟化物、氧化物和复合氧化物中的一种。

19、采用上述技术方案的情况下，利用掺杂有激活剂和敏化剂的基质，可以实现将两个或多个低能光子转换成一个高能光子的上转换发光现象，具体为，掺杂有激活剂和敏化剂的基质材料受到波长长、频率低的光激发，发射出波长短、频率高的光。基质可以为氟化物、氧化物和复合氧化物中的一种。

20、在一种可能的实现方式中，氟化物包括nayf4、nagaf4、caf2、nasrf4、bay2f4、liyf4、scyf4、nalnf4、srf2、baf2、mnf2、na(cf3coo)3f4、laf3、naluf4和cs2gef6中的一种。氧化物包括y2o3、zro2、tio2、gd2o3、in2o3、sry2o4、teo2、al2o3、zno2、lu2o3、er2o3、eu2o3、ceo2和la2o3中的一种。复合氧化物包括linbo3、ln2bazno2、aln(moo4)2、gdvo4、yvo4、cazro3、casc2o4、klu(wo4)2、nay(wo4)2、cacs2o4、camoo4、batio3、y2ti2o7、y2si2o7、y2sio5、gd3ga5o12、y3al5o12和y2cage4o12中的一种。激活剂包括er3+、ho3+、tm3+、gd3+、pr3+、sm3+、ti2+、cr3+、ni2+、mo3+、re4+和os4+中的至少一种。敏化剂包括yb3+和nd3+中的至少一种。

21、采用上述技术方案的情况下，通过不同的激活剂、敏化剂与不同的基质相组合，可以实现将入射进太阳能电池的红外光转换为具有特定波长的入射光，从而使得在室内观察时可以得到特定的颜色，通过具有不同上转换材料形成材料的太阳能电池片之间的组合，可以得到不同的图案。

22、在一种可能的实现方式中，太阳能电池为钙钛矿太阳能电池、薄膜太阳能电池或晶体硅太阳能电池。

23、采用上述技术方案的情况下，本发明提供的太阳能电池的电池本体可以为钙钛矿太阳能电池、薄膜太阳能电池或晶体硅太阳能电池，例如可以为铜锢稼硒(cigs)薄膜太阳能电池、碲化镉(cdte)薄膜太阳能电池、非晶硅薄膜太阳能电池或砷化镓(gaas)太阳能电池等薄膜太阳能电池，钙钛矿太阳能电池或晶体硅太阳能电池，为了得到良好的透光率，在使用晶体硅太阳能电池作为本发明的太阳能电池时，晶体硅太阳能电池的厚度应小于100μm，优选的，晶体硅太阳能电池的厚度小于50μm。

24、在一种可能的实现方式中，上转换材料的制备方法包括溶液法或物理沉积法。

25、采用上述技术方案的情况下，其中，制备上转换材料的方法可以为物理沉积法，物理沉积法制得的上转换材料具有良好的发光性能，常用的物理沉积法有磁控溅射等；也可以采用制备太阳能电池中其他层常用的溶液法，采用溶液法制备上转换材料可以更方便进行组分调控，故更容易获得所需组分的上转换材料。常用的溶液法有旋涂法等。

26、第二方面，本发明还提供一种光伏系统，应用于光伏建筑的透光侧。本发明提供的光伏系统包括至少一个第一方面或第一方面任一可能的实现方式所描述的太阳能电池。

27、与现有技术相比，本发明提供的光伏系统的有益效果与第一方面或第一方面任一可能的实现方式所描述太阳能电池的有益效果相同，此处不做赘述。