具体实施方式

以下，提供根据本公开的包括铝基太阳波长转换材料的太阳能电池，以通过解决上述太阳辐照度光谱与硅太阳能电池和由各种材料形成的太阳能电池的吸收光谱之间的不匹配提高太阳能模块的功率输出。

在本公开中，基于铝材料合成的具有发光特性的氢氧化铝被用作太阳波长转换材料，该太阳波长转换材料是低成本材料并且具有优异的耐久性，以便将其应用于太阳能模块。发光氢氧化铝的合成方法包括水热方法、溶胶-凝胶方法和热分解合成方法。在本公开中，虽然通过热分解合成方法更具体地描述了本公开，但是本公开的范围不限于此。

在本公开中，作为太阳波长转换材料的铝前体是对应于选自包括以下的组中的任一种的铝化合物：一乙酸铝、三乙酸铝、二乙酸铝、铝三乙基铝、三甲基铝、烷醇铝、氯化二乙基铝、硫酸铝、氰化铝、亚硝酸铝、碳酸铝、亚硫酸铝、氢氧化铝、氧化铝、氯酸铝、硫化铝、铬酸铝、三氯化铝、高氯酸铝、硝酸铝，高锰酸铝、碳酸氢铝、磷酸铝、草酸铝、磷酸氢铝、硫代硫酸铝、亚氯酸铝、硫酸氢铝、重铬酸铝、溴化铝、次氯酸铝、六水氯化铝、磷酸二氢铝、亚磷酸铝、十二水硫酸铝钾、溴酸铝、氮化铝及其衍生物。

当通过上述热分解合成方法合成氢氧化铝时，沸点高于上述单一铝前体的热分解温度的材料可以被用作溶剂。例如，使用诸如十六胺、1-二十碳烯、1-十八碳烯、二十二烷、苯醚、苄基醚、辛基醚、油酸、油胺或聚异丁烯之类的具有200℃或更高的高沸点的材料作为溶剂。

上述溶剂可以用作溶剂，并且，可以用于通过将包括碳、羰基自由基、草酸磷酸和硫酸等的杂质中的任意一种注入到溶剂中来调整发光特性或改善发光性能。此外，可以通过在热分解合成步骤中另外添加包括烷基(C₁～C_n)、乙酸盐等的杂质来调整诸如吸收和发光特性之类的光学特性。

在将单一铝前体分散到上述溶剂中以便产生发光氢氧化铝之后，在铝前体的热分解温度执行反应。当反应完成时，可以通过分离和纯化反应的产物来获得最终的发光氢氧化铝。

最终产生的氢氧化铝可以包括Al(OH)₃、AlOOH、5Al₂O₃·2H₂O或Al₂O₃等的结构，并且可以在本公开中在下文被标记为氢氧化铝、AlOH或羟基氧化铝。由热分解合成方法产生的氢氧化铝表现发光特性的原因是由金属氧化物中的缺陷引起的阱发射。图2示出阱发射的概念图。当材料的缺陷存在时，在低于导带的能级上形成另一个能级，导带内的通过外部能量从价带转移到导带的电子被稳定化并移动到由于缺陷而产生的较低能级上，并且，在电子转移到价带时，导带内的电子发光。在热分解合成步骤中添加各种杂质，使得可以调整低于导带的能级，并且还可以相应地控制发射波长。

由于最终合成的发光氢氧化铝甚至在不包括昂贵的镧系元素离子或具有发光特性的有机磷的情况下仅使用上述铝前体的单一材料表现出发光特性，因此最终合成的发光氢氧化铝可以通过提高太阳能电池的效率来进一步降低光伏模块的发电成本。

为了将太阳波长转换材料应用于硅太阳能电池，太阳波长转换材料允许在紫外线波长中执行吸收过程，并且在可见光波长中应该具有发光特性。具体而言，优选的是形成300至450nm范围内的吸收波长。另外，优选的是形成450至1100nm范围内的发射波长。

特别地，优选的是在太阳波长转换材料中吸收波长和发射波长不彼此重叠。原因是，当吸收波长和发射波长彼此重叠时从材料发射的光再次被吸收的再吸收充当损失。

此外，由于能够执行下转换的太阳波长转换材料位于太阳能电池的前表面上，因此具有小于入射到太阳能电池上的太阳光的波长大小的波长大小的粒子是有利的。如果太阳能转换材料具有类似于或大于太阳光波长的粒子大小，则当入射到太阳能电池上的太阳光被散射或反射时，太阳能电池的整体效率可能或多或少降低。因此，太阳光谱波长转换器优选具有大于等于5nm且小于等于10μm的粒子大小范围。

图3示出通过热分解合成方法产生的氢氧化铝的吸收光谱和发光光谱。更具体而言，作为氢氧化铝的吸收光谱，通过在450nm处开始吸收，黑色虚线在紫外线区域示出强吸收。此外，作为氢氧化铝发光光谱，蓝色点线示出456nm处的最大发光峰。同时，当将杂质添加到氢氧化铝时，示出红色实线的发光光谱，并且，在这种情况下，在526nm处示出最大发光峰。即，当将杂质添加到氢氧化铝中时，与未将杂质添加到氢氧化铝中时相比，通过将发光光谱移动到70nm的长波长以减小发光光谱与吸收光谱的重叠程度，可以最小化由于再吸收而导致的损失。

此外，通过这种方式产生的氢氧化铝具有60％或更高的绝对发光效率(绝对量子产率)值。

在本公开中，使用6英寸多晶硅太阳能电池作为太阳能电池，并且，构成太阳能电池的材料的类型和大小不限于此。

根据太阳能电池的引入材料的位置，将上述合成氢氧化铝引入太阳能电池中的方法可以包括通过将氢氧化铝分散在起到保护硅太阳能电池作用的密封剂上来将分散在密封剂上的氢氧化铝制成片材形状的方法、将氢氧化铝直接施加到硅太阳能电池的前表面的方法以及将氢氧化铝施加到与太阳能电池的前表面接合的密封剂表面的方法等。

首先，在太阳能电池的密封剂中使用包括乙烯乙酸乙烯酯(EVA)、聚烯烃弹性体(POE)、交联聚烯烃、热塑性聚氨酯(TPU、热聚氨酯)、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、硅酮、硅酮/聚氨酯杂化物和离聚物等，并且，EVA和POE被最广泛地用于太阳能电池的密封剂中。

一般来说，已有许多关于通过将太阳光谱波长转换器引入密封剂内部在将太阳光谱波长转换器定位在太阳能电池的前表面上之后通过热粘合(热层叠)制造太阳能电池模块的方法的报告，并且，存在该方法被应用于商业生产的一些情况。

然而，在这种情况下，因为从密封剂内的光转换材料发射的光由于构成密封剂的诸如EVA或POE之类的聚合物的折射率(n～1.4)与太阳能电池的表面中的SiN_x的折射率(n～2.5)之间的较大差异而不被引向太阳能电池，所以光被引向密封剂片材的侧面，并且，由封装材料内部的全内反射引起的光波导现象占优势。这种现象可能充当太阳能电池的侧面上的光损失。

与此相反，当太阳能转换材料被施加于太阳能电池的表面或密封剂的表面时，由于太阳能转换材料被定位在密封剂和太阳能电池之间的界面上，因此光没有被引向太阳能电池的侧面而是通过几μm(微米)到几十μm(微米)的硅纹理化结构被引向太阳能电池的内部。此外，根据Snell定律，由于光进入密封剂、光转换材料和太阳能电池的方向变得非常有利，因此可以改善光电转换效率，由此，如果太阳能转换材料可以被调整为具有密封剂的折射率(n～1.4)和太阳能电池的表面的折射率(n～2.5)之间的折射率值，则使得光能够进一步用于太阳能电池的侧面上。换句话说，太阳能转换材料的下转换效应和抗反射涂覆效应都可以是预期的(图1)。

当太阳波长转换材料分散到溶剂中时，分散到溶剂中的太阳波长转换材料可以被施加于太阳能电池的表面，并且，将分散在溶剂中的太阳波长转换施加于太阳能电池的表面的方法可以包括旋涂方法、棒涂方法、喷涂方法、浸涂方法、丝网印刷方法等。进一步，即使当将分散在溶剂中的太阳波长转换材料施加到密封剂时，也可以应用除旋涂方法以外的所有方法。

尽管考虑太阳波长转换材料的商业生产应用在本公开中使用了使得能够快速且均匀施加的喷涂方法，但本公开不限于此。

以下，将参考示例详细描述本公开的优选示例，但是，以下示例仅提供为帮助我们理解本公开，而非限制本公开的范围。

[示例]

示例1.发光氢氧化铝的产生

在将上述建议的铝前体之一的1至20wt％与1-十八烯或油酸溶剂混合后，在200至300℃在搅拌状态中实施热分解反应达30分钟。在完成反应后，通过离心分离将氢氧化铝与搅拌混合物分离，以将分离的氢氧化铝再分散到诸如甲苯、氯仿或己烷等的非极性溶剂中。当另外执行控制发射波长的过程时，在相对于铝前体的重量向溶剂添加上述建议的杂质之一的0.1至10wt％以在搅拌铝前体、杂质和溶剂的混合物的状态下以与以上相同的方法实施热分解反应之后，对搅拌的混合物执行分离和纯化过程，以产生发光氢氧化铝溶液。图3示出产生的发光氢氧化铝溶液的UV-可见光谱和光致发光光谱，并且，暗色虚线意味着吸收光谱，蓝色点线意味着发光光谱(未添加杂质的情况)，并且红色实线意味着发光光谱(添加杂质的情况)。

示例2.包括发光氢氧化铝的太阳能电池的制造

为了将以上产生的氢氧化铝粒子定位在硅电池和密封剂之间的界面上，通过使用喷涂方法，氢氧化铝粒子可以被施加到硅电池的前表面或者被施加到硅电池的光接收器和密封剂所粘附到的上密封剂的后表面。作为引入氢氧化铝的另一种方法，通过将氢氧化铝分散到包括密封剂的透光树脂中来制造厚度为100μm或更小的片材，然后在用于制造太阳能电池模块的层叠步骤中将氢氧化铝插入透光树脂中。如图1的示图所示，在从光入射的太阳能电池的前表面依次堆叠玻璃、密封剂、氢氧化铝、太阳能电池、密封剂和后部片材之后，通过层叠制造硅太阳能电池模块。氢氧化铝位于以这种方式制造的太阳能电池模块中的密封剂和太阳能电池之间的界面上。

实验示例1：包括发光氢氧化铝的太阳能电池的性能评价

为了根据发光氢氧化铝的引入确认太阳能电池的功率输出，使用Wacom Co.,Ltd.的太阳能模拟器(WXS-156S-10)，并且，太阳能电池在涂覆氢氧化铝之前和之后和执行热粘合之前和之后的效率变化均被测量。此外，为了通过波长分析外部量子效率，使用PVMeasurements,Inc.的IPCE(QEX10)装备，并且，观察了涂覆氢氧化铝之前和之后的转换效率变化。为了另外根据氢氧化铝的涂覆测量总反射率，使用Shimadzu Corporation的UV-3600nir(与MPC-3100)，并且，分析了太阳能电池在涂覆氢氧化铝之前和之后的效率变化。

表1示出发光氢氧化铝所施加于的6英寸多晶硅太阳能电池的效率测量结果。在测量将氢氧化铝施加于太阳能电池之前的太阳能电池的所有效率以提高测量效率的精度之后，将它们的效率测量结果与将氢氧化铝施加于太阳能电池之后的结果进行比较。

[表1]

表1示出，氢氧化铝被涂覆在太阳能电池上的情况与氢氧化铝未被涂覆在太阳能电池上的情况相比，短路电流和效率均增加更多。为了验证这种效率增加，测量了在涂覆氢氧化铝之前和之后的光电流转换效率(IPCE，入射光子到电流的效率)，并且，图4示出作为IPCE测量结果的根据波长的光电流转换效率，即外部量子效率(EQE)光谱。

图4示出表1中的太阳能电池#4的结果，其中，蓝色实线是涂覆氢氧化铝之前的EQE光谱，并且红色实线是涂覆氢氧化铝之后的EQE光谱。即，从图4的结果可以看出，通过氢氧化铝的下转换，在从300nm到近500nm的波长范围内，转换效率增加。此外，图5是在表1中的太阳能电池#4上涂覆氢氧化铝之前和之后测量反射率变化的结果，其中，黑色点线是在太阳能电池#4上涂覆氢氧化铝之前的总反射率，并且红色实线是在太阳能电池#4上涂覆氢氧化铝之后的反射率谱。可以看出，在执行涂覆过程之后，在300至500nm和800至1100nm的光谱区域范围内，反射率值降低更多。

即，氢氧化铝被涂覆于硅太阳能电池的表面上，使得通过由于紫外光的吸收和可见光的发光的下转换效应和抗反射涂覆效应，硅太阳能电池的短路电流增加并且根据其总效率增加，在抗反射涂覆效应中，由于氢氧化铝的折射率具有硅太阳能电池的表面的折射率和密封剂的折射率之间的值(1.5<n_氢氧化铝<2.5)，光容易地进入硅太阳能电池的内部。

表2示出在将氢氧化铝引入到在示例2中制造的硅太阳能电池微模块之前和之后的效率变化。

[表2]

可以确认的是，即使以与表1的结果类似形成的模块，引入氢氧化铝的太阳能电池中的短路电流和效率均比未引入氢氧化铝的太阳能电池中的短路电流和效率增加更多。