基于PbS量子点匹配减反射膜的太阳能荧光聚集器及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种基于PbS量子点匹配减反射膜的太阳能荧光聚集器，包括：光波转换模块，由双层玻璃板夹持掺杂PbS量子点的聚合物薄膜构成；硅基太阳能电池板和前表面反射镜，与光波转换模块边缘光学匹配设置在光波转换模块边缘立面处；减反射膜，设置在光波转换模块顶面。本发明专利技术还公开了上述太阳能荧光聚集器的制备方法。本发明专利技术的太阳能荧光聚集器，以光波转换模块代替大面积硅基太阳能电池板，同时收集直射和漫反射太阳光，不需要昂贵的太阳跟踪系统，降低了太阳能电力系统成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及可再生能源
，尤其涉及一种基于PbS量子点匹配减反射膜的太阳能荧光聚集器及其制备方法。
技术介绍
太阳能是用之不竭的绿色能源。太阳能电池具有安全可靠、无污染、无需消耗燃料、无机械转动部件等独特优点，我国把开发太阳能和其他可再生能源技术列入国家科技攻关计划。根据所用的材料，太阳能电池有多种。从转换效率和材料来源的角度讲，硅系太阳能电池获得最广泛的应用。目前，硅系太阳能电池器件结构等的优化己经发展成熟，通过它们提高光电转换效率的空间不大，因此，需要进一步发展其它相关技术。1970年首次报道了采用太阳光转换技术的太阳能荧光聚集器(LuminescentSolarConcentrators:LSC)，太阳能荧光聚集器以廉价的光波转换模块代替大面积昂贵的硅基太阳能电池板。与聚光型太阳能电池系统相比，太阳能荧光聚集器技术的优势是能够同时收集直射和漫反射太阳光，采用小面积的硅基太阳能电池，不需要昂贵的太阳跟踪系统，降低了太阳能电力系统的成本。太阳能荧光聚集器是由大面积透明的光波转换模块构成，可以与建筑物结合在一起。因此，本专利技术的研发具有广阔的应用市场。太阳光是连续的光谱，分布范围以从零点几微米的紫外光到数微米的红外光为主。硅的能隙为1.12eV，晶体硅太阳能电池主要吸收400nm到1100nm左右的光，对400nm以下的光(紫光和紫外光)和1100nm以上的光(红外光)的量子效率很低，因此，造成400nm以下和1100nm以上太阳光能的损失。要进一步提高太阳能的利用率，增加太阳能电池的光电输出，有必要充分利用这部分的太阳光能。为了有效利用太阳从紫外至红外区的光，量子点材料是当前光电材料与器件的研究热点。太阳能荧光聚集器采用的量子点材料，多数研究集中在II-VI族化合物。例如，核-壳结构的CdSe/ZnS量子点、胶体CdSe/CdS异质量子点。这些量子点具有较好的光稳定性，在可见光波段具有宽的吸收谱，发射波长在450～640nm之间可调。遗憾的是，CdSe/ZnS量子点存在吸收谱和荧光谱之间的交叠，量子效率(FQY)不高，价格昂贵。再者，镉是有毒物质。近些年，科技界致力于研发高量子产额的量子点，克服其毒性和再吸收等问题。希望通过选取性能优异的量子点和优化太阳能荧光聚集器的结构，提高它的效率。
技术实现思路
根据上述提出的硅系太阳能电池器件结构发展成熟，光电转化效率提高空间小及太阳能聚集器毒性大且吸收难等技术问题，而提供一种基于PbS量子点匹配减反射膜的太阳能荧光聚集器及其制备方法。本专利技术主要利用以光波转换模块替代大面积硅基太阳能电池板，匹配少量太阳能电池及前表面反射镜的结构，从而达到防止光波泄漏，提高太阳能电池运行效率的效果。本专利技术采用的技术手段如下：一种基于PbS量子点匹配减反射膜的太阳能荧光聚集器，其特征在于，包括：光波转换模块，由双层玻璃板夹持掺杂PbS量子点的聚合物薄膜构成；硅基太阳能电池板和前表面反射镜，与所述光波转换模块边缘光学匹配且设置在所述光波转换模块边缘立面处；减反射膜，设置在所述光波转换模块顶面。进一步地，所述减反射膜为SiO2薄膜，其折射率为1.2-1.3，优选为1.25；厚度为100nm-150nm，优选为125nm。进一步地，所述PbS量子点的发射波长位于900nm-1100nm，优选1000nm区域。进一步地，所述聚合物薄膜为掺杂PbS量子点的聚甲基丙烯酸甲酯薄膜，优选分子量约为200万。进一步地，所述PbS量子点在所述聚合物薄膜中的浓度为100ppm-300ppm，优选为150ppm-200ppm。本专利技术还公开了一种上述的基于PbS量子点匹配减反射膜的太阳能荧光聚集器的制备方法，其特征在于包括如下步骤，S1、采用溶胶-凝胶法或化学气相沉积法或溅射法在玻璃板单面制备减反射膜；S2、热解含硫金属铅有机配合物合成PbS量子点；S3、制备掺杂PbS量子点的聚合物薄膜；S4、制备匹配反射膜光波转换模块；S5、按照步骤S4中制备的光波转换模块边缘的厚度和长度定制硅基太阳能电池板和前表面反射镜，用光学粘合剂将硅基太阳能电池板和前表面反射镜与所述光波转换模块边缘粘合后，用紫外线辐照固化；焊接太阳能电池板引线，得到太阳能荧光聚集器。进一步地，步骤S1具体为，采用溶胶-凝胶法在浮法玻璃板单面制备减反射膜步骤如下：制备预设浓度的SiO2溶胶溶液，将清洗烘干后的两片规格浮法玻璃板重合在一起，将其夹持浸入SiO2溶胶溶液，用提拉法镀膜，热处理后，获得两片单面镀有多孔SiO2抗反射膜的浮法玻璃板。进一步地，步骤S2具体为，取硝酸铅和二乙基二硫代氨基甲酸钠，质量比优选为(6-8):10，分别溶于去离子水中，将两种溶液混合搅拌，产生白色沉淀，将混合液在超声共振清洗器内共振，使沉淀混合均匀后，经过滤得到沉淀物；清洗沉淀物后，置于干燥箱中干燥，得含硫金属铅有机配合物前驱体粉末；将得到的前驱体粉末分散于油酸和十八烯的混合溶剂中，在惰性气体保护下，加热分解，得到PbS量子点。进一步地，步骤S3具体为，按聚合物薄膜中PbS量子点浓度要求，在超声波水浴锅里将步骤2中制备的PbS量子点溶解到低粘度甲基丙烯酸甲酯中；磁力搅拌下，将含PbS量子点的甲基丙烯酸甲酯溶液加热，并将聚甲基丙烯酸甲酯颗粒逐步加入，持续搅拌，直到聚甲基丙烯酸甲酯颗粒被溶化，形成清澈的糖浆状液体；将清澈的糖浆状液体从热源移开，向其中加入自由基引发剂，不停地磁力搅拌，当糖浆状液体成为铸塑浆时，将它注入规格铸模模具；将模具放入水浴槽静置，使铸塑浆变浓至固化，获得坯料，坯料经铸塑机滚压拉制成规格的掺杂PbS量子点的PMMA薄膜。进一步地，步骤S4具体为，取一块规格的浮法玻璃板，除污风干后备用；在玻璃板单面喷涂光学粘合剂，将步骤S3制备的薄膜铺覆在涂有光学粘合剂的玻璃板面上；将步骤S1制备的镀有抗反射膜玻璃板的减反射膜面喷涂光学粘合剂，将涂有光学粘合剂的面与前一块玻璃板上的薄膜覆合，然后滚压使三者粘合，用紫外线辐照固化，获得光波转换模块毛坯；将光波转换模块毛坯的玻璃板边缘外的薄膜切除，且对其边缘打磨抛光，得到光波转换模块。较现有技术相比，本专利技术在选荧光材料方面，考虑到，lV-VI族二元化合物中PbX(X＝S，Se)量子点具有较大的激子玻尔半径(PbS＝18nm，PbSe＝46nm)，量子限域效应显著，在近红外光区具有极好的尺寸可调节性，可通过调节其晶粒尺寸使其发射谱与硅基太阳能电池带隙相匹配，这将增强硅基太阳能电池量子效率。其中PbS量子点吸收谱很宽(<800nm)，吸收系数高，发射峰能够从900nm调节到1600nm。控制量子点的尺寸，很容易将发射峰调节到1000nm区域，与硅基太阳能电池的带隙很好匹配。同时，PbS量子点的斯托克斯位移要比荧光染料和II-VI族量子点大得多，可避免自吸收有害效应。PbSe量子点的激子玻尔半径大于PbS量子点，具有更明显的多激子产生效应，量子产额高。但是，PbSe量子点的红外发射谱处于>1100nm区域，与硅基太阳能池吸收谱匹配不佳，且其斯托克斯位移小于PbS量子点，因此PbS量子点成为太阳能荧光聚集器所需荧光材料首选。太阳光照射在光波转换模块顶部玻璃板上，由于玻璃板折射率很大，有很大一部分太阳本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于PbS量子点匹配减反射膜的太阳能荧光聚集器，其特征在于，包括：光波转换模块，由双层玻璃板夹持掺杂PbS量子点的聚合物薄膜构成；硅基太阳能电池板和前表面反射镜，与所述光波转换模块边缘光学匹配且设置在所述光波转换模块边缘立面处；减反射膜，设置在所述光波转换模块顶面。

【技术特征摘要】
1.一种基于PbS量子点匹配减反射膜的太阳能荧光聚集器，其特征在于，包括：光波转换模块，由双层玻璃板夹持掺杂PbS量子点的聚合物薄膜构成；硅基太阳能电池板和前表面反射镜，与所述光波转换模块边缘光学匹配且设置在所述光波转换模块边缘立面处；减反射膜，设置在所述光波转换模块顶面。2.根据权利要求1所述的基于PbS量子点匹配减反射膜的太阳能荧光聚集器，其特征在于，所述减反射膜为SiO2薄膜，其折射率为1.2-1.3；厚度为100nm-150nm。3.根据权利要求1所述的基于PbS量子点匹配减反射膜的太阳能荧光聚集器，其特征在于，所述PbS量子点的发射波长位于900nm-1100nm。4.根据权利要求1所述的基于PbS量子点匹配减反射膜的太阳能荧光聚集器，其特征在于，所述聚合物薄膜为掺杂PbS量子点的聚甲基丙烯酸甲酯薄膜。5.根据权利要求4所述的基于PbS量子点匹配减反射膜的太阳能荧光聚集器，其特征在于，所述PbS量子点在所述聚合物薄膜中的浓度为100ppm-300ppm。6.一种如权利要求1所述的基于PbS量子点匹配减反射膜的太阳能荧光聚集器的制备方法，其特征在于包括如下步骤，S1、采用溶胶-凝胶法或化学气相沉积法或溅射法在玻璃板单面制备减反射膜；S2、热解含硫金属铅有机配合物合成PbS量子点；S3、制备掺杂PbS量子点的聚合物薄膜；S4、制备匹配反射膜光波转换模块；S5、按照步骤S4中制备的光波转换模块边缘的厚度和长度定制硅基太阳能电池板和前表面反射镜，用光学粘合剂将硅基太阳能电池板和前表面反射镜与所述光波转换模块边缘粘合后，用紫外线辐照固化；焊接太阳能电池板引线，得到太阳能荧光聚集器。7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤S1具体为，采用溶胶-凝胶法在浮法玻璃板单面制备减反射膜步骤如下：制备预设浓度的SiO2溶胶溶液...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭勇，罗昔贤，付姚，
申请(专利权)人：大连海事大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21