高性能PbS量子点荧光太阳能聚光器研究

摘要

自荧光太阳能聚光器（Luminescent SolarConcentrator,LSC）这个概念被提出以来，人们对其结构和荧光材料不断进行探索。但是受限于诸多原因，例如，荧光材料的量子产率不高，发光峰无法有效与太阳能电池光谱响应最佳波段相匹配，荧光在LSC波导中的传输效率不高（自吸收无法有效避免）等，荧光太阳能聚光器还并没有真正的得到令人满意的效率，因此，也就无法真正降低太阳能发电的成本。基于这些原因，本文对LSC的结构以及所用荧光材料进行了探索，论文主要研究工作如下： 本文对PbS量子点以及PbSe量子点的光学特性进行了详细对比，最终选取了小尺寸的PbS量子点作为LSC所用的荧光材料；之后我们探索了薄膜型LSC的制备方案，提出一种新型薄膜制备方案，制备得到了PbS量子点荧光太阳能聚光器，并对其相关性能进行表征工作，得到了较为理想的结果。 本课题的创新点主要在两个方面： 首先，我们采用了小尺寸的PbS量子点（吸收峰位于600nm-750nm）作为器件的荧光材料，这个尺寸的PbS量子点具有很大的斯托克斯位移（Stokes Shift），吸收光谱与发射光谱之间的重叠区域很小，这样可以有效避免自吸收损耗；此外，小尺寸的PbS量子点的发光峰位于800nm-950nm之间，这能够很好地匹配硅光电池的最佳光谱响应波段，能够最大化提升器件的光电转换效率。 其次，我们采取了薄膜型LSC作为器件的结构，此种结构的LSC，器件性能稳定，能够有效限制自吸收损耗，并且具有制备简单，安全等优势；此外我们探索出一种新型薄膜制备方案，即多层旋涂工艺，此工艺利用不同的溶剂与溶质之间的相溶性关系，实现多层旋涂，这样可以有效增大薄膜厚度，提高量子点薄膜层对入射光的吸收效率。

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