專(zhuān)利名稱(chēng)：太陽(yáng)能熒光聚集器及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種太陽(yáng)能熒光聚集器及其制備方法，屬于可再生能源技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
太陽(yáng)能是用之不竭的綠色能源。太陽(yáng)能電池具有安全可靠、無(wú)污染、無(wú)需消耗燃料、無(wú)機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)部件等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，尤其是可與建筑物相結(jié)合，構(gòu)成光伏屋頂發(fā)電系統(tǒng)，是可再生能源中重要的組成部分。自“六五”以來(lái)，我國(guó)一直把開(kāi)發(fā)太陽(yáng)能和其他可再生能源技術(shù)列入國(guó)家科技攻關(guān)計(jì)劃。近些年，以低價(jià)格獲得較高的光電轉(zhuǎn)換率是太陽(yáng)能電池領(lǐng)域研究和發(fā)展的主要?jiǎng)恿?，研發(fā)可靠、高效、低造價(jià)的太陽(yáng)能電池發(fā)電系統(tǒng)具有重大的經(jīng)濟(jì)利益和科學(xué)研究?jī)r(jià)值。根據(jù)所用材料的不同，太陽(yáng)能電池可分為1、硅太陽(yáng)能電池；2、以無(wú)機(jī)鹽如砷化鎵、硫化鎘、銅銦硒等多元化合物為材料的電池；3、功能高分子太陽(yáng)能電池；4、納米晶太陽(yáng)能電池等。從轉(zhuǎn)換效率和材料的來(lái)源角度講，硅太陽(yáng)能電池，特別是多晶硅和非晶硅薄膜電池是應(yīng)用最廣泛的一種半導(dǎo)體光電轉(zhuǎn)換器件。目前，硅系太陽(yáng)能電池器件結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和減反射膜技術(shù)已經(jīng)發(fā)展較為成熟，通過(guò)它們提高光電轉(zhuǎn)換效率的空間不是太大，因此，需要進(jìn)一步發(fā)展其它相關(guān)技術(shù)。1970年首次報(bào)道了采用太陽(yáng)光轉(zhuǎn)換技術(shù)的太陽(yáng)能突光聚集器(LuminescentSolar Concentrators :LSC),其原理如圖I所示。太陽(yáng)能突光聚集器10能夠收集直射和漫反射的太陽(yáng)光1，聚集器內(nèi)的熒光材料2能夠?qū)⑽盏奶?yáng)光轉(zhuǎn)換成單色光3，并將產(chǎn)生的單色光3聚集在小面積的太陽(yáng)能電池4上，顯著地提高太陽(yáng)能利用率，降低太陽(yáng)能電力系統(tǒng)成本。研制LSC的動(dòng)機(jī)是以廉價(jià)的光波轉(zhuǎn)換模塊代替大面積昂貴的硅基太陽(yáng)能電池板，降低太陽(yáng)能電力系統(tǒng)成本。與聚光型太陽(yáng)能電池系統(tǒng)相比，LSC技術(shù)的優(yōu)勢(shì)是能夠同時(shí)收集直射和漫反射的太陽(yáng)光，并采用小面積的硅基太陽(yáng)能電池，不需要昂貴的太陽(yáng)跟蹤系統(tǒng)，減少系統(tǒng)的成本。同時(shí)LSC是由大面積透明的光波轉(zhuǎn)換模塊構(gòu)成，可以與建筑物結(jié)合在一起，使太陽(yáng)能得到更廣泛有效地利用。LSC的工作效率取決于熒光材料的發(fā)射光譜與LSC配置的太陽(yáng)能電池光譜匹配程度。典型的有機(jī)發(fā)光材料具有優(yōu)異的性質(zhì)，但是有機(jī)染料吸收帶窄、在較長(zhǎng)波段非輻射復(fù)合較大、吸收和發(fā)射譜重疊嚴(yán)重，在固體基質(zhì)中呈現(xiàn)嚴(yán)重的再吸收損失。由于LSC系統(tǒng)對(duì)熒光有機(jī)染料性能要求苛刻，限制了 LSC的發(fā)展，對(duì)LSC技術(shù)的研究熱情只延續(xù)到八十年代。近十多年來(lái)，由于在可見(jiàn)光和紅外波段發(fā)射的熒光材料的發(fā)展，像稀土材料、半導(dǎo)體量子點(diǎn)和半導(dǎo)體聚合物等，為高效率的LSC的研制提供了條件，科技界對(duì)LSC的研究產(chǎn)生了新的興趣。半導(dǎo)體量子點(diǎn)與染料和稀土材料等相比具有優(yōu)異的特性1、光譜具有可調(diào)節(jié)性，光吸收和發(fā)射特性可由半導(dǎo)體量子點(diǎn)的尺寸來(lái)控制；2、在室溫下具有高的發(fā)光量子效率；、3、由于量子點(diǎn)是由半導(dǎo)體晶體組成的，它們的穩(wěn)定性比染料好的多；4、吸收和發(fā)射波長(zhǎng)之間的紅移主要由粒子尺寸決定，粒子尺寸的調(diào)節(jié)可由制備量子點(diǎn)的工藝進(jìn)行優(yōu)化，因此再吸收能夠被降至最低。太陽(yáng)光是連續(xù)的光譜，分布范圍以從零點(diǎn)幾微米的紫外光到數(shù)微米的紅外光為主。硅的能隙為I. 12eV,晶體硅太陽(yáng)能電池主要吸收400nm到IlOOnm左右的光，對(duì)400nm以下的光(紫光和紫外光)和IlOOnm以上的光(紅外光)的量子效率很低，因此，造成400nm以下和IlOOnm以上太陽(yáng)光能的很大損失。要進(jìn)一步提高太陽(yáng)能的利用率，增加太陽(yáng)能電池的光電輸出，有必要充分利用這部分的太陽(yáng)光能。為了有效利用太陽(yáng)從紫外至紅外區(qū)的光，納米微粒特別是量子點(diǎn)材料是當(dāng)前光電材料與器件的研究熱點(diǎn)。許多納米材料在紫光或紫外光激發(fā)下可以發(fā)出波長(zhǎng)在可見(jiàn)至紅外區(qū)的光，而晶體硅太陽(yáng)能電池對(duì)這部分光有較高的量子效率。將此類(lèi)納米材料應(yīng)用到太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)中，可以提高太陽(yáng)能的利用率，降低太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)成本。為此提出了量子點(diǎn)太陽(yáng)能熒光聚集器技術(shù)。LSC采用的量子點(diǎn)材料，多數(shù)研究集中在II-VI族化合物。例如，核-殼結(jié)構(gòu)的CdSe/ZnS量子點(diǎn)具有高的FQY(50-60%)，膠體CdSe/CdS異質(zhì)量子點(diǎn)的FQY>80%。這些量子點(diǎn)具有較好的光穩(wěn)定性，在可見(jiàn)光波段具有寬的吸收譜，發(fā)射波長(zhǎng)在450-640nm之間可調(diào)。遺憾的是，CdSe/ZnS量子點(diǎn)存在吸收譜和熒光譜之間的交疊，F(xiàn)QY不高，并且價(jià)格昂貴。再者，鎘是有毒物質(zhì)，不符合綠色化學(xué)的要求。

發(fā)明內(nèi)容
為解決現(xiàn)有量子點(diǎn)太陽(yáng)能熒光聚集器技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明公開(kāi)了一種高效率低成本的太陽(yáng)能熒光聚集器及其制備方法。本發(fā)明的太陽(yáng)能突光聚集器包括光波轉(zhuǎn)換模塊和與該光波轉(zhuǎn)換模塊邊緣光學(xué)匹配的硅基太陽(yáng)能電池，所述光波轉(zhuǎn)換模塊由雙層玻璃板夾持摻雜PbS量子點(diǎn)的聚合物薄膜構(gòu)成。其中，所述PbS量子點(diǎn)的發(fā)射波長(zhǎng)優(yōu)選位于IOOOnm區(qū)域；所述PbS量子點(diǎn)的粒徑優(yōu)選為3-6nm ;所述PbS量子點(diǎn)在聚合物薄膜中的濃度優(yōu)選為150-200ppm。另外，所述聚合物薄膜優(yōu)選為聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)薄膜。本發(fā)明還提供一種用于制備上述太陽(yáng)能熒光聚集器的方法，其特征在于，包括以下步驟(I)熱解含硫金屬鉛有機(jī)配合物合成PbS量子點(diǎn)的步驟；(2)制備摻雜PbS量子點(diǎn)的聚合物薄膜的步驟；(3)制備光波轉(zhuǎn)換模塊的步驟；(4)將與光波轉(zhuǎn)換模塊邊緣光學(xué)匹配的硅基太陽(yáng)能電池與光波轉(zhuǎn)換模塊組合制備太陽(yáng)能熒光聚集器的步驟。本發(fā)明的太陽(yáng)能熒光聚集器，以光波轉(zhuǎn)換模塊代替大面積硅基太陽(yáng)能電池板，同時(shí)收集直射和漫反射的太陽(yáng)光，不需要昂貴的太陽(yáng)跟蹤系統(tǒng)，降低太陽(yáng)能電力系統(tǒng)成本，是一種高效率低成本的太陽(yáng)能熒光聚集器。

圖I是太陽(yáng)能熒光聚集器的工作原理圖。圖2本發(fā)明的太陽(yáng)能熒光聚集器的俯視圖。
圖3本發(fā)明的太陽(yáng)能熒光聚集器的剖視圖。圖4粒徑為2. 7nm的PbS量子點(diǎn)的發(fā)射光譜與硅基太陽(yáng)能電池的吸收光譜的對(duì)比。圖5是粒徑為5nm的PbS量子點(diǎn)的激發(fā)光譜和發(fā)射光譜。
具體實(shí)施例方式〈太陽(yáng)能熒光聚集器〉圖2和圖3分別為本發(fā)明的太陽(yáng)能熒光聚集器的俯視圖和剖視圖。如圖2和圖3所不，本發(fā)明的太陽(yáng)能突光聚集器20包括光波轉(zhuǎn)換模塊7和與該光波轉(zhuǎn)換模塊7邊緣光學(xué)匹配的硅基太陽(yáng)能電池8，所述光波轉(zhuǎn)換模塊7由玻璃板5，5’夾持摻雜PbS量子點(diǎn)6的聚合物薄膜構(gòu)成。對(duì)于高效率太陽(yáng)能熒光聚集器的光波轉(zhuǎn)換模塊，采用光譜特性?xún)?yōu)異的量子點(diǎn)和高透明度的基質(zhì)材料是非常必要的。太陽(yáng)能熒光聚集器的工作效率主要取決于光波轉(zhuǎn)換模塊中量子點(diǎn)發(fā)射光譜與太陽(yáng)能電池吸收光譜的匹配程度。在本發(fā)明中，光波轉(zhuǎn)換模塊由雙層玻璃板夾持摻雜PbS量子點(diǎn)的聚合物薄膜構(gòu)成。熒光材料PbS量子點(diǎn)可以吸收入射太陽(yáng)光中的紫外光及可見(jiàn)光，發(fā)射硅基太陽(yáng)能電池易吸收的紅外光。此紅外光在光波轉(zhuǎn)換模塊內(nèi)部以全反射形式導(dǎo)向玻璃板邊緣的太陽(yáng)能電池，并被太陽(yáng)能電池吸收，實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換。本發(fā)明采用的近紅外PbS量子點(diǎn)熒光材料與常規(guī)有機(jī)染料及II-VI族化合物熒光材料相比較，具有很多優(yōu)點(diǎn)=PbS具有較大的介電常數(shù)和較窄的帶系(0. 41ev) ；PbS量子點(diǎn)吸收譜很寬(<800nm)，且吸收系數(shù)很高，它的發(fā)射峰能夠從900nm調(diào)節(jié)到1600nm ；PbS量子點(diǎn)的斯托克斯位移要比通常用于太陽(yáng)能熒光聚集器的熒光染料大得多，可有效降低自吸收效應(yīng)的損害；此外，PbS量子點(diǎn)還具有高效的多激子產(chǎn)生效應(yīng)，量子產(chǎn)額高。為了與硅基太陽(yáng)能電池的帶隙很好匹配，便于充分利用太陽(yáng)能譜，PbS量子點(diǎn)的發(fā)射波長(zhǎng)優(yōu)選位于易被硅基太陽(yáng)能電池吸收的IOOOnm區(qū)域。PbS量子點(diǎn)的發(fā)射特性可由粒子尺寸來(lái)控制，粒子尺寸的調(diào)節(jié)可由制備量子點(diǎn)的工藝進(jìn)行優(yōu)化。通過(guò)調(diào)節(jié)量子點(diǎn)的尺寸，很容易將發(fā)射峰調(diào)節(jié)到IOOOnm附近。為了將PbS量子點(diǎn)的發(fā)射峰調(diào)節(jié)到IOOOnm附近，優(yōu)選將PbS量子點(diǎn)的粒徑調(diào)節(jié)為2-8nm,更優(yōu)選調(diào)節(jié)為3_6nm。圖4顯示了粒徑為2. 7nm的PbS量子點(diǎn)的發(fā)射光譜el與硅基太陽(yáng)能電池的吸收光譜al，二者匹配很好。圖5顯示了粒徑為5nm的PbS量子點(diǎn)的激發(fā)光譜a2和發(fā)射光譜e2，發(fā)射峰在1050nm。粒徑可用透射電子顯微鏡法(TEM)進(jìn)行測(cè)定。當(dāng)PbS量子點(diǎn)濃度足夠高時(shí)，太陽(yáng)能熒光聚集器能夠非常有效地吸收太陽(yáng)光能量，避免因太陽(yáng)光的照射致使太陽(yáng)能電池升溫，降低電池性能的缺點(diǎn)。所述PbS量子點(diǎn)在聚合物薄膜中的濃度優(yōu)選為100-300ppm，更優(yōu)選為150-200ppm。在選擇光波轉(zhuǎn)換模塊的基質(zhì)材料時(shí)，需要綜合考慮光波轉(zhuǎn)換模塊的強(qiáng)度、透光性、材料間折射率的匹配、耐用性和制備工藝、價(jià)格等因素。適用于光波轉(zhuǎn)換模塊的基質(zhì)材料應(yīng)滿(mǎn)足如下要求1、吸收系數(shù)低；2、量子點(diǎn)的可溶性高；3、摻入的量子點(diǎn)在其中具有高的光致發(fā)光；4、化學(xué)耐久性強(qiáng)；5、無(wú)毒；6、價(jià)格低。本發(fā)明選擇滿(mǎn)足上述要求的光學(xué)聚合物薄膜作為基質(zhì)材料，特別優(yōu)選分子量約為200萬(wàn)的聚甲基丙烯酸甲酯薄膜，該薄膜具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和耐候性，透明性好，易溶解摻雜制膜，而且價(jià)格適宜、無(wú)毒，特別是其折射率高于玻璃，與玻璃可構(gòu)成性能優(yōu)異的“光波導(dǎo)”。為確保聚合物薄膜的透明度和減小自吸收，其厚度優(yōu)選為2_5mm，更優(yōu)選為3_4mmo另外，玻璃板優(yōu)選剛性好、材料豐富、透明度高、造價(jià)低的規(guī)格石英玻璃板。理論和實(shí)驗(yàn)均表明本發(fā)明的太陽(yáng)能熒光聚集器具有優(yōu)異的性能，可以大幅提高太陽(yáng)能利用率。其原因如下本發(fā)明的太陽(yáng)能熒光聚集器工作時(shí)，大面積的光波轉(zhuǎn)換模塊同時(shí)收集直射和漫反射的太陽(yáng)光，收集的太陽(yáng)光被光波轉(zhuǎn)換模塊中的PbS量子點(diǎn)轉(zhuǎn)換為紅外光，紅外光被匯集到光波轉(zhuǎn)換模塊邊緣小面積的娃基太陽(yáng)能電池。這一過(guò)程，大大增強(qiáng)了入射到太陽(yáng)能電池表面的光通量，使得效率一定的硅基太陽(yáng)能電池輸出的光電流增大。而且，本發(fā)明以廉價(jià)的光波轉(zhuǎn)換模塊代替大面積昂貴的硅基太陽(yáng)能電池板，與聚光型太陽(yáng)能電池系統(tǒng)相比，不需要昂貴的太陽(yáng)跟蹤系統(tǒng)，降低了太陽(yáng)能電力系統(tǒng)的成本。同時(shí)本發(fā)明由大面積透明的光波轉(zhuǎn)換模塊構(gòu)成，可以與建筑物結(jié)合在一起，使太陽(yáng)能得到更廣泛有效地利用。因此，本發(fā)明的太陽(yáng)能熒光聚集器具有非常誘人的應(yīng)用前景。<太陽(yáng)能熒光聚集器的制備方法>本發(fā)明用于制備上述太陽(yáng)能熒光聚集器的方法包括以下步驟(I) - (4)。( I)熱解含硫金屬鉛有機(jī)配合物合成PbS量子點(diǎn)取硝酸鉛和二乙基二硫代氨基甲酸鈉(銅試劑)(硝酸鉛與二乙基二硫代氨基甲酸鈉的質(zhì)量比優(yōu)選為6-8:10，更優(yōu)選為7-7. 5:10。)分別溶于去離子水中，將兩種溶液混合攪拌，產(chǎn)生白色沉淀，將混合液在超聲共振清洗器內(nèi)共振，使沉淀混合均勻后，經(jīng)過(guò)濾等方式得到沉淀物。清洗沉淀物后，置于干燥箱(例如80°C的電熱恒溫干燥箱)中干燥，得含硫金屬鉛有機(jī)配合物前驅(qū)體粉末。將得到的前驅(qū)體粉末分散于油酸和十八烯的混合溶劑(優(yōu)選油酸和十八烯體積比為I :1的混合溶劑)中，在惰性氣體(例如氬氣)保護(hù)下，加熱分解，得到PbS量子點(diǎn)。(2)制備摻雜PbS量子點(diǎn)的聚合物薄膜本發(fā)明中的聚合物薄膜優(yōu)選為聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)薄膜。下面以PMMA薄膜為例進(jìn)行說(shuō)明，但本發(fā)明并不局限于PMMA薄膜，使用其他種類(lèi)的薄膜時(shí)可參照下述方法制備。首先，在超聲波水浴鍋里將PbS量子點(diǎn)溶解到低粘度的甲基丙烯酸甲酯(MMA)中。在磁力攪拌下，將含PbS量子點(diǎn)的MMA溶液加熱，并將聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)顆粒逐步加入。持續(xù)攪拌，直到PMMA顆粒被溶化，形成清澈的糖漿狀液體。之后將清澈的糖漿狀液體從熱源移開(kāi)，向其中加入自由基引發(fā)劑，不停地磁力攪拌，聚合反應(yīng)開(kāi)始，當(dāng)糖漿狀液體變濃(鑄塑漿)時(shí)，將它注入規(guī)格鑄模模具。將模具放入水浴槽(例如60°C)靜置，使鑄塑漿變濃至固化，獲得坯料。坯料經(jīng)鑄塑機(jī)滾壓拉制成規(guī)格的摻雜PbS量子點(diǎn)的PMMA薄膜。、
由于上述聚合反應(yīng)的熱效應(yīng)相對(duì)較大，有時(shí)還會(huì)出現(xiàn)聚合速率自動(dòng)加速現(xiàn)象，如果控制不當(dāng)，將引起爆聚。為了調(diào)節(jié)反應(yīng)速率，一般采用較低的反應(yīng)溫度和較低的引發(fā)劑濃度進(jìn)行聚合，使放熱緩和。優(yōu)選將清澈的糖漿狀液體從熱源移開(kāi)后冷卻到室溫(自然冷卻或水浴冷卻均可)，再加入自由基引發(fā)劑。自由基引發(fā)劑主要有偶氮類(lèi)引發(fā)劑和過(guò)氧類(lèi)引發(fā)劑，偶氮類(lèi)引發(fā)劑有偶氮二異丁腈、偶氮二異庚腈、偶氮二異戊腈、偶氮二環(huán)己基甲腈、偶氮二異丁酸二甲酯引發(fā)劑等。過(guò)氧類(lèi)引發(fā)劑有過(guò)氧化苯甲酰、過(guò)硫酸鹽等。相對(duì)于過(guò)氧類(lèi)引發(fā)劑，偶氮類(lèi)引發(fā)劑反應(yīng)更加穩(wěn)定。 MMA與PMMA的質(zhì)量比優(yōu)選為8-10:1，更優(yōu)選為9: I。相對(duì)于鑄造物重量，自由基引發(fā)劑的加入量?jī)?yōu)選為0. 07-0. 09%，更優(yōu)選為0. 075-0. 085%。(3)制備光波轉(zhuǎn)換模塊取兩塊規(guī)格的石英玻璃板，用除污劑清洗玻璃板面，除去污垢后用清水沖洗，風(fēng)干備用。然后在玻璃板單面噴涂光學(xué)粘合劑，將步驟(2)制備的薄膜鋪覆在其中一塊涂有光學(xué)粘合劑的玻璃板面上，再將另一塊玻璃板涂有光學(xué)粘合劑的面與前一塊玻璃板上的薄膜附和，然后滾壓使其三者粘合，用紫外線(xiàn)輻照固化，獲得光波轉(zhuǎn)換模塊毛坯。將光波轉(zhuǎn)換模塊毛坯的玻璃板邊緣外的薄膜切除，且對(duì)其邊緣打磨拋光，得到光波轉(zhuǎn)換模塊。所謂規(guī)格的石英玻璃板，是指工程實(shí)際需求尺寸的石英玻璃板。光學(xué)粘合劑可以列舉光學(xué)UV膠、EB-103M-SCL、GA700H (環(huán)氧)。(4)制備太陽(yáng)能熒光聚集器按照光波轉(zhuǎn)換模塊邊緣的厚度和長(zhǎng)度定制太陽(yáng)能電池板條。用光學(xué)粘合劑(可以使用如上所述的光學(xué)粘合劑)將太陽(yáng)能電池板條與光波轉(zhuǎn)換模塊粘合后，用紫外線(xiàn)輻照固化，然后焊接太陽(yáng)能電池板引線(xiàn)，得到太陽(yáng)能熒光聚集器。實(shí)施例下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作具體說(shuō)明。但本發(fā)明不受下述實(shí)施例的限制，在符合本發(fā)明前后宗旨的范圍內(nèi)，可對(duì)本發(fā)明作適當(dāng)變更。實(shí)施例I(I)熱解含硫金屬鉛有機(jī)配合物合成PbS量子點(diǎn)取分析純的硝酸鉛(I. 6560g)和二乙基二硫代氨基甲酸鈉(銅試劑)(2. 2531g)分別溶于去離子水中，將兩種溶液混合攪拌，產(chǎn)生白色沉淀，將混合液在超聲共振清洗器內(nèi)共振5min，使沉淀混合均勻后，經(jīng)過(guò)濾得到沉淀物。將沉淀物用去離子水清洗一遍，用無(wú)水乙醇清洗兩遍后，置于80°C的電熱恒溫干燥箱中干燥，得含硫金屬鉛有機(jī)配合物前驅(qū)體粉末。將得到的前驅(qū)體粉末分散于油酸和十八烯(體積比I :1)的混合溶劑中，在氬氣保護(hù)下，于280°C加熱分解，最終得到PbS量子點(diǎn)。用透射電子顯微鏡法(TEM)對(duì)該P(yáng)bS量子點(diǎn)的粒徑進(jìn)行測(cè)定，約為5nm。另外，對(duì)該P(yáng)bS量子點(diǎn)的發(fā)射光譜和吸收光譜進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果如圖5所示。圖5表明其反射峰為1050nm，可高效地被太陽(yáng)能電池吸收。(2)制備摻雜PbS量子點(diǎn)的聚合物薄膜首先，在超聲波水浴鍋里將PbS量子點(diǎn)溶解到315g低粘度的甲基丙烯酸甲酯(MMA)中。在磁力攪拌下，將含PbS量子點(diǎn)的MMA溶液加熱到60°C，并將35g聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA，分子量約為190萬(wàn))顆粒逐步加入。持續(xù)攪拌lh，直到PMMA顆粒被溶化，形成清澈的糖漿狀液體。之后將清澈的糖漿狀液體從熱源移開(kāi)，冷卻到室溫，向其中加入總量為鑄造物質(zhì)量0. 08%的自由基引發(fā)劑偶氮二異丁腈(AIBN)，不停地磁力攪拌，聚合反應(yīng)開(kāi)始。當(dāng)糖漿狀液體變濃(鑄塑漿)時(shí)，將它注入規(guī)格鑄模模具。將模具放入水浴槽，在60°C下靜置18h，使鑄塑漿變濃至固化，獲得坯料(得到的聚合物分子量約為200萬(wàn)左右)。坯料經(jīng)鑄塑機(jī)滾壓拉制成規(guī)格的摻雜PbS量子點(diǎn)的PMMA薄膜，其厚度為3mm，PbS量子點(diǎn)在薄膜中的濃度約為180ppm。(3)制備光波轉(zhuǎn)換模塊取20X20X0. 2cm規(guī)格的石英玻璃板兩塊，用除污劑清洗玻璃板面，除去污垢后用清水沖洗，風(fēng)干備用。然后在玻璃板單面噴涂光學(xué)UV膠，將步驟(2)制備的薄膜鋪覆在其中一塊涂有光學(xué)UV膠的玻璃板面上，再將另一塊玻璃板涂有光學(xué)UV膠的面與前一塊玻璃板上的薄膜附和，然后滾壓使其三者粘合，用紫外線(xiàn)輻照固化，獲得光波轉(zhuǎn)換模塊毛坯。將光波轉(zhuǎn)換模塊毛坯的玻璃板邊緣外的薄膜切除，且對(duì)其邊緣打磨拋光，得到光波轉(zhuǎn)換模塊。(4)制備太陽(yáng)能熒光聚集器實(shí)施例I按照光波轉(zhuǎn)換模塊邊緣的厚度0. 7cm、長(zhǎng)度20cm，定制長(zhǎng)度為20cm、寬度為0. 7cm的硅基太陽(yáng)能電池板條。用光學(xué)UV膠將硅基太陽(yáng)能電池板條與光波轉(zhuǎn)換模塊粘合后，用紫外線(xiàn)輻照固化，并聯(lián)焊接太陽(yáng)能電池板條引線(xiàn)，得到太陽(yáng)能熒光聚集器樣機(jī)I。實(shí)施例2
除了將實(shí)施例I步驟(3)中使用的20X20X0. 2cm規(guī)格的石英玻璃板換為30X30X0. 2cm規(guī)格的石英玻璃板，且將實(shí)施例I步驟(4)中使用的長(zhǎng)度為20cm、寬度為
0.7cm的娃基太陽(yáng)能電池板條換為長(zhǎng)度為30cm、寬度為0. 7cm的娃基太陽(yáng)能電池板條以外，以與實(shí)施例I同樣的方法，制備得到太陽(yáng)能熒光聚集器樣機(jī)2。比較例I和比較例2采用與實(shí)施例I和2同規(guī)格的太陽(yáng)能電池板條，分別對(duì)其并聯(lián)焊接，得到比較樣機(jī)I和2。使用上述太陽(yáng)能熒光聚集器樣機(jī)I和2，比較樣機(jī)I和2進(jìn)行性能對(duì)比實(shí)驗(yàn)將太陽(yáng)能熒光聚集器樣機(jī)I和2，比較樣機(jī)I和2放置在同一實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上，置于自然太陽(yáng)光下輻照，分別測(cè)試四臺(tái)樣機(jī)的開(kāi)路電壓和短路電流，測(cè)試結(jié)果如表I所示。表I
實(shí)施例/ 光波轉(zhuǎn)換模塊太陽(yáng)1! 電池板
開(kāi)路電壓(V) 短路電流(mA)
比較例面積(cm2) 面積(cm2)
實(shí)施例 I20x2020x0.7x42.40192
比較例 I-20x0.7x42.19158
實(shí)施例230x3030x0.7x43.60336
比較例2-30x0.7x43.35240
權(quán)利要求
1.一種太陽(yáng)能熒光聚集器，其特征在于，包括光波轉(zhuǎn)換模塊和與該光波轉(zhuǎn)換模塊邊緣光學(xué)匹配的硅基太陽(yáng)能電池，所述光波轉(zhuǎn)換模塊由雙層玻璃板夾持摻雜PbS量子點(diǎn)的聚合物薄膜構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的太陽(yáng)能熒光聚集器，其特征在于，所述PbS量子點(diǎn)的發(fā)射波長(zhǎng)位于IOOOnm區(qū)域。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的太陽(yáng)能熒光聚集器，其特征在于，所述PbS量子點(diǎn)的粒徑為3_6nm0
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的太陽(yáng)能熒光聚集器，其特征在于，所述PbS量子點(diǎn)在聚合物薄膜中的濃度為150-200ppm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任意一項(xiàng)所述的太陽(yáng)能熒光聚集器，其特征在于，所述聚合物薄膜為聚甲基丙烯酸甲酯薄膜。
6.一種用于制備權(quán)利要求1-5中任意一項(xiàng)所述的太陽(yáng)能熒光聚集器的方法，其特征在于包括以下步驟 (1)熱解含硫金屬鉛有機(jī)配合物合成PbS量子點(diǎn)的步驟； (2)制備摻雜PbS量子點(diǎn)的聚合物薄膜的步驟； (3)制備光波轉(zhuǎn)換模塊的步驟； (4)將與光波轉(zhuǎn)換模塊邊緣光學(xué)匹配的硅基太陽(yáng)能電池與光波轉(zhuǎn)換模塊組合制備太陽(yáng)能熒光聚集器的步驟。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于PbS量子點(diǎn)的太陽(yáng)能熒光聚集器及其制備方法，所述太陽(yáng)能熒光聚集器包括光波轉(zhuǎn)換模塊和與該光波轉(zhuǎn)換模塊邊緣光學(xué)匹配的硅基太陽(yáng)能電池，所述光波轉(zhuǎn)換模塊由雙層玻璃板夾持摻雜PbS量子點(diǎn)的聚合物薄膜構(gòu)成。本發(fā)明的太陽(yáng)能熒光聚集器，以光波轉(zhuǎn)換模塊代替大面積硅基太陽(yáng)能電池板，同時(shí)收集直射和漫反射的太陽(yáng)光，不需要昂貴的太陽(yáng)跟蹤系統(tǒng)，降低太陽(yáng)能電力系統(tǒng)成本。
文檔編號(hào)H01L31/18GK102751366SQ201210239410
公開(kāi)日2012年10月24日 申請(qǐng)日期2012年7月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月11日
發(fā)明者付姚, 彭勇, 羅昔賢, 邢明銘 申請(qǐng)人:大連海事大學(xué)