[发明专利]一种叠层式太阳能荧光聚光器及其制备方法

说明书

一种叠层式太阳能荧光聚光器及其制备方法，涉及太阳能荧光聚光器。叠层式太阳能荧光聚光器包括至少两层平面荧光聚光器，所有平面荧光聚光器由上至下叠合在一起形成叠层式荧光聚光器，平面荧光聚光器主要是采用量子点和波导材料制成，位于顶层的平面荧光聚光器的量子点的吸收波长小于其他平面荧光聚光器的量子点的吸收波长，该叠层式太阳能荧光聚光器的光电转换效率高、器件稳定性好。叠层式太阳能荧光聚光器的制备方法是采用不同吸收波长的量子点和波导材料制成不同的平面荧光聚光器；将不同的平面荧光聚光器由上至下叠合形成叠层式荧光聚光器，该制备方法能显著提高太阳能荧光聚光器的光电转换效率，并提高太阳能荧光聚光器的器件稳定性。

技术领域

本发明涉及太阳能荧光聚光器领域，且特别涉及一种叠层式太阳能荧光聚光器及其制备方法。

背景技术

太阳能荧光聚光器(Luminescence Solar Concentrator，LSC)是将生色团(如荧光染料或量子点)分散到聚合物等波导材料中，用以捕获太阳光后再将其转化为荧光，并利用内部全反射原理，将荧光传导到装置边缘的一种光学器件。将硅基太阳能电池安装在荧光聚光器的边缘，可以有效地吸收高强度的荧光，从而提高太阳能电池的光电转换效率。更为重要的是荧光聚光技术可以有效降低太阳能电池的使用量，从而大幅度地降低发电成本。除此之外，荧光聚光器制备工艺简单、质量轻便、透光度可以根据实际需要进行调节并且能利用任意角度入射的太阳光，可以广泛的安装在城市群的各个角落，例如窗户、屋顶、公交站台和公园。

传统的荧光聚光器主要使用有机染料分子作为生色团材料。利用有机染料分子存在诸多缺点：(1)吸收谱图较窄，不能有效吸收太阳光；(2)吸光指数较低，需要较高的浓度才能实现对太阳光的有效吸收；(3)光学稳定性不好，不利于户外的长期使用；(4)吸收和荧光谱图的重合度较大，产生的重吸收问题导致荧光聚光器的光电转换效率不高。后来研究发现，量子点是尺度较小的半导体纳米粒子，具有优异的光学性能，其吸收谱图宽泛、吸光指数高、量子效率高并且光稳定性好，优于有机染料分子。图1为利用量子点制备的太阳能荧光聚光器001的示意图，太阳能荧光聚光器001还包括安装在其侧面的太阳能电池002。一般可以通过控制量子点的尺度、结构和化学组份来有效控制量子点的吸收和荧光谱图，不同结构量子点的吸收和荧光图谱图2所示。

基于量子点的太阳能荧光聚光器的光电转换效率主要取决于：(1)量子点的量子效率。通常情况下，量子点的量子效率低于100％，量子点所吸收的太阳光不能完全转化为荧光，导致了能量损失。(2)量子点对太阳光的有效吸收。由于量子点的吸收谱图不能与太阳光谱有效重合，导致量子点只能吸收部分的太阳光，从而浪费了太阳光谱中其他部分的光。例如，CdSe/CdS量子点只能吸收波长小于600纳米的太阳光(图2所示)。(3)量子点的吸收/荧光光谱的重合度。如图2所示，部分量子点(例如CdSe/CdS dot-in-rod)的荧光谱图和吸收谱图存在一定程度的重合。如图1所示，在荧光聚光器中，一个量子点所发出的荧光在波导材料传播的过程中会被另一个带隙宽度较小的量子点吸收。由于荧光聚光器的尺度较大，这样的重吸收会不断重复，每次重吸收后，量子效率和荧光逃逸将会导致能量损失，最终使重吸收问题成为影响太阳能荧光聚光器效率的决定性因素之一。

因此，需要一种能显著提高光电转换效率的太阳能荧光聚光器。

发明内容

本发明的目的在于提供一种叠层式太阳能荧光聚光器，其光电转换效率高、器件稳定性好。

本发明的另一目的在于提供一种叠层式太阳能荧光聚光器的制备方法，能显著提高太阳能荧光聚光器的光电转换效率，并提高太阳能荧光聚光器的器件稳定性。

本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的：