一种基于光谱转换的荧光太阳能聚光器件制造技术

技术编号:18353611 阅读:5 留言:0更新日期:2018-07-02 05:09
本发明专利技术属于聚光太阳能电池技术领域,具体提供一种基于光谱转换的荧光太阳能聚光器件,用于解决荧光量子效率低和逃逸锥荧光溢出等问题;本发明专利技术荧光太阳能聚光器件由从下往上依次层叠的光学反射膜、荧光层、第一玻璃层、光子晶体层、第二玻璃层及红外反射膜构成,聚光器件两侧安装连接太阳能电池板;荧光层由铬掺杂氧化铝纳米荧光材料与有机玻璃共混后热压制成;荧光层折射系数小于第一玻璃层折射系数,第二玻璃层折射系数小于第一玻璃层折射系数、且大于空气折射系数。本发明专利技术通过采用合适的荧光层,以及第一玻璃层、光子晶体层与第二玻璃层的设计对荧光形成两级束缚,使荧光太阳能聚光器件具有更高的能量效率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于光谱转换的荧光太阳能聚光器件
本专利技术属于聚光太阳能电池
,涉及光子晶体,具体为一种基于光谱转换的荧光太阳能聚光器件。
技术介绍
基于光谱转换的荧光太阳能聚光器件(LuminescentSolarConcentrators,简称LSC)是一种新型的太阳能聚光器件,近年来受到广泛关注。首先,嵌在有机或者无机波导中的荧光粒子广谱吸收太阳光后通过斯托克位移(StokesShift)窄带发射近红外荧光;然后,窄带荧光在全反射条件下被束缚在波导中传播,从侧面溢出形成聚光;最后,放置在侧面的、能带与红外荧光匹配的光伏电池将聚集的荧光高效率地转换为电流,实现高倍聚光太阳能发电。自从Goetzberger在1977年首次提出LSC器件的概念以来,LSC器件的研究就引起了广泛关注,但迄今尚未达到令人满意的光增益及效率。传统LSC器件存在两个方面的固有损失:(1)荧光量子效率低,由于荧光粒子吸收光谱太窄或吸收系数低造成荧光量子效率较低;(2)“逃逸锥”荧光溢出,由于荧光发射的方向是各向均匀,进入波导“逃逸锥”内的荧光会溢出(光线从光密介质(折射系数为n0)进入光疏介质(折射系数为n1)时,入射角大于临界角θc=sin-1(n0/n1)时将发生全反射,而小于θc时将溢出,由θc组成的锥面即为“逃逸锥”),当荧光粒子的吸收与发射光谱重叠时,荧光粒子会发生自吸收或散射等现象,更会造成荧光多次“逃逸锥”溢出;固有损失使得LSC器件的实际光聚焦倍数远远低于其几何聚焦倍数,典型值在10倍以下,而系统效率也普遍低于10%。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对上述存在问题或不足,提供一种基于光谱转换的荧光太阳能聚光器件,用于解决荧光量子效率低和逃逸锥荧光溢出等问题;为实现上述目的,本专利技术采用的技术方案为:一种基于光谱转换的荧光太阳能聚光器件,由从下往上依次层叠的光学反射膜、荧光层、第一玻璃层、光子晶体层、第二玻璃层及红外反射膜构成,所述聚光器件两侧安装连接太阳能电池板;其特征在于,所述荧光层由铬掺杂氧化铝纳米荧光材料与有机玻璃共混后热压制成;所述荧光层折射系数小于第一玻璃层折射系数,所述第二玻璃层折射系数小于第一玻璃层折射系数、且大于空气折射系数。进一步的,所述荧光层中,铬掺杂氧化铝纳米荧光材料与有机玻璃的混合比例为:每100g有机玻璃混合0.5~3g铬掺杂氧化铝纳米荧光材料。所述铬掺杂氧化铝纳米荧光材料中,Cr:Al质量比为0.1%~0.9%。所述荧光层的厚度为:1~10mm,所述第一玻璃层的厚度为:1~5mm,所述第二玻璃层的厚度为:1~5mm,所述光子晶体层:5~500mm。从工作原理上讲,本专利技术提供荧光太阳能聚光器件如图1所示,展示了将荧光的产生和传播过程分离的器件模型,由光学反射膜、荧光材料层(n1)、第一玻璃层(n2)、光子晶体层和第二玻璃层(n3)等部件组成;其物理过程如下:首先,高效荧光层(n1)吸收可见光,然后通过斯托克位移(StokesShift)发射近红外荧光,从荧光层上表面进入第一玻璃层(n2)或从荧光层下表面反射回器件内;其中,进入第一玻璃层(n2)中的荧光部分满足全反射条件,从而被束缚在第一玻璃层(n2)中传播(第一级波导);其余部分偏离全反射条件、进入溢出光锥,通过三维光子晶体层“体布拉格衍射”(BulkBraggDiffraction)偏折,以小入射角进入第二玻璃层(n3),重新满足第二玻璃层(n3)中的全反射条件,从而被束缚在第二玻璃层(n3)中传播(第二级波导);通过上述两级束缚后,可实现接近100%的荧光在玻璃介质(n2、n3)中以波导方式传播,最后在侧面出射,实现聚光;在聚光器侧面放置禁带宽度与荧光光谱匹配的光伏电池,从而实现聚光光伏发电。本专利技术的有益效果在于:本专利技术基于光谱转换的荧光太阳能聚光器件,通过采用铬掺杂氧化铝纳米荧光材料与有机玻璃的混合制备得荧光层,以及第一玻璃层、光子晶体层与第二玻璃层的设计对荧光形成两级束缚,使荧光太阳能聚光器件具有更高的能量效率。附图说明图1为本专利技术实施例中基于光谱转换的无跟踪聚光太阳能电池工作原理示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术做进一步详细说明。本实施例提供一种基于光谱转换的荧光太阳能聚光器件,其结构及工作原理如图1所示,在聚光器件最左侧安装连接太阳能电池板;所述荧光层由Al2O3:Cr3+(Cr:Al质量比为0.3%)纳米荧光材料与有机玻璃(折射系数n1=1.5)共混后热压制成;最底层为光学反射膜,自下到上依次为荧光层(折射系数n1=1.5,厚度5mm)、第一玻璃层(折射系数n2=1.73,厚度3mm)、光子晶体层、第二玻璃层(折射系数n3=1.5,厚度3mm)、红外反射膜;各层依次叠放固定制成器件。以上所述,仅为本专利技术的具体实施方式,本说明书中所公开的任一特征,除非特别叙述,均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换;所公开的所有特征、或所有方法或过程中的步骤,除了互相排斥的特征和/或步骤以外,均可以任何方式组合。本文档来自技高网...
一种基于光谱转换的荧光太阳能聚光器件

【技术保护点】
1.一种基于光谱转换的荧光太阳能聚光器件,由从下往上依次层叠的光学反射膜、荧光层、第一玻璃层、光子晶体层、第二玻璃层及红外反射膜构成,所述聚光器件两侧安装连接太阳能电池板;其特征在于,所述荧光层由铬掺杂氧化铝纳米荧光材料与有机玻璃共混后热压制成;所述荧光层折射系数小于第一玻璃层折射系数,所述第二玻璃层折射系数小于第一玻璃层折射系数、且大于空气折射系数。

【技术特征摘要】
1.一种基于光谱转换的荧光太阳能聚光器件,由从下往上依次层叠的光学反射膜、荧光层、第一玻璃层、光子晶体层、第二玻璃层及红外反射膜构成,所述聚光器件两侧安装连接太阳能电池板;其特征在于,所述荧光层由铬掺杂氧化铝纳米荧光材料与有机玻璃共混后热压制成;所述荧光层折射系数小于第一玻璃层折射系数,所述第二玻璃层折射系数小于第一玻璃层折射系数、且大于空气折射系数。2.按权利要求1所述基于光谱转换的荧光太阳能聚光器件,其特征在于,所述荧光层中,铬掺杂氧...

【专利技术属性】
技术研发人员:向勇朱焱麟刘帅
申请(专利权)人:电子科技大学
类型:发明
国别省市:四川,51

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