包含散射颗粒和荧光量子点的平面荧光聚光器及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种平面荧光聚光器及其制备方法，本发明专利技术的平面荧光聚光器包含散射颗粒、荧光量子点和平面光波导，本发明专利技术的方法包括：(1)配制荧光量子点的分散液；(2)将聚合物和/或制备聚合物的原料与散射颗粒混合，采用得到的混合溶液制备复合平面光波导；然后将荧光量子点分散液与复合平面光波导结合，形成复合型平面荧光聚光器；或者，在步骤(1)之后不进行步骤(2)而进行步骤(2)’：将聚合物和/或制备聚合物的原料、散射颗粒和荧光量子点分散液混合，采用得到的混合溶液制备掺杂型平面荧光聚光器。本发明专利技术的平面荧光聚光器相对于不掺杂散射颗粒的平面荧光器，其光转换效率提高50％以上，而且成本低，具有广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于太阳能发电
，涉及一种平面荧光聚光器及其制备方法，特别涉及一种包含散射颗粒和铜铟硫量子点的平面荧光聚光器及其制备方法。
技术介绍
量子点材料(QuantumDots，QDs)，特别是无重金属的铜铟硫(化学式为CuInS2，简称CIS)纳米粒子作为发光体，具有宽吸收范围、大的stokes-shift(小的自吸收)、优异的光热稳定性好、高的透明度，而且高效荧光，绿色环保。根据合成温度的差异，CIS会表现出三种不同的晶体结构，在低于980℃时表现为黄铜矿结构，高于1050℃时则为纤维锌矿结构，而介于980～1050℃时表现为闪锌矿结构。不同晶体结构的CIS具有不同的特性，纤维锌矿结构的CIS是一种高温状态下的亚稳态结构，而黄铜矿结构为热力学稳定态，因此大部分CIS是以黄铜矿结构而稳定存在。CIS是Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ族三元半导体化合物，具有如下优点：(1)禁带宽度为1.53eV，与太阳能电池的最佳禁带宽度(1.45eV)十分接近；(2)光吸收系数大，高达105cm-1，比其他荧光材料普遍高；(3)直接能隙半导体，可以减少少数载流子的扩散；(4)对光和热的稳定性好；(5)与CdS、PbS等其他太阳能电池光电转换材料相比，CIS不含任何有毒成分，对环境无污染。因此，CIS化合物作为太阳能电池光转换材料在太阳能发电领域得到广泛研究。以CIS作为光转化层材料制备的薄膜太阳能电池，具有使用寿命长、无光致衰退效应、抗干扰、抗辐射能力强等优点，加上薄膜太阳能电池的廉价、柔性等特点，被认为是现阶段最具有发展前景的太阳能电池。同时，由于CIS还具有光转换效率高、宽带吸收与发射以及表面可修饰等特性，可广泛应用于发光器件、光转换器件和生物检测、标记与分析等领域。过去，由于制备方法和检测手段的相对落后与不足，使得CIS纳米粒子的合成制备比较困难，因此限制了CIS的深入研究及其应用领域的推广。根据现有专利文献报道，目前CIS纳米粒子主要应用于太阳能电池中的光转化层材料，如聚合物太阳能电池、薄膜太阳能电池等领域，以提高太阳能电池的光电转换效率。CN104112786A专利文件(申请号201410315452.9)提出一种铜铟硫/钙钛矿体异质结太阳能电池及其制备方法，该专利技术构造一种新型结构及其制备方法，使得太阳能电池中的光转化层不需再在高温下烧结，且铜铟硫与钙钛矿的混合物成膜性能好，易加工，大大提高太阳能电池器件制作的成功率。CN102034898A专利文件(申请号201010512652.5)提出一种太阳电池用铜铟硫光电薄膜材料的制备方法，该专利技术提出不需要高温高真空条件即可制备高性能的铜铟硫光电薄膜，仪器设备要求低，操作性强，同时降低薄膜太阳能电池的生产成本。目前，有关CIS纳米粒子的应用研究主要是围绕太阳能电池中的光转化层材料而展开的，毋庸置疑的是，在太阳能电池中通过使用CIS作为光吸收层或光转化层材料，可以增加太阳能电池对太阳光的吸收与转化，从而提高太阳能电池的光电转换效率。但是，由于薄膜太阳能电池的本身缺陷，如光电转换效率低、制备工艺复杂、生产成本高等不足，限制了CIS的广泛应用。目前，虽然有CIS在平面荧光聚光器(LuminescentPlanarConcentrator，LPC)方面的研究，但是由于发光体自吸收、有限的吸收范围、表面的损失以及能量的耗散等原因，LPC器件的光转换效率都比较低，即使是使用无重金属、宽吸收范围、大的stokes-shift(小的自吸收)的CIS纳米粒子作为发光体，其提高光转换效率的程度也非常有限，不能满足实际应用的需求，因而，研究一种低成本且具有高的光电转换效率的聚光器具有非常重要的意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种包含散射颗粒和荧光量子点的平面荧光聚光器及其制备方法，本专利技术的平面荧光聚光器不仅成本低，而且性能优异，相对于不掺杂散射颗粒的平面荧光器，其光转换效率提高50％以上，可以广泛应用于多种太阳能电池，具有广阔的应用前景。第一方面，本专利技术提供一种平面荧光聚光器，所述平面荧光聚光器中包含散射颗粒、荧光量子点和平面光波导。优选地，所述平面荧光聚光器为复合型平面荧光聚光器或掺杂型平面荧光聚光器中的任意一种。其中，所述复合型平面荧光聚光器包括：复合平面光波导以及荧光量子点薄膜，其中，所述复合平面光波导为散射颗粒复合的平面光波导。优选地，所述复合型平面荧光聚光器中的荧光量子点薄膜为铜铟硫荧光量子点薄膜，或者表面包覆有ZnS的铜铟硫荧光量子点薄膜。优选地，所述复合型平面荧光聚光器中的荧光量子点薄膜的厚度为50μm～2mm，例如为50μm、100μm、150μm、200μm、300μm、400μm、500μm、600μm、850μm、1mm、1.3mm、1.4mm、1.5mm、1.6mm、1.8mm或2mm等，优选为50μm～200μm，在此优选范围50μm～200μm条件下，复合型平面荧光聚光器的性能更好。优选地，所述复合型平面荧光聚光器中的复合平面光波导的厚度为1mm～50mm，例如为1mm、3mm、5mm、10mm、13mm、15mm、17mm、20mm、25mm、27.5mm、30mm、35mm、40mm、43mm、46mm或50mm等，优选为10mm～20mm，在此优选范围10mm～20mm条件下，复合型平面荧光聚光器的性能更好。优选地，所述复合型平面荧光聚光器由复合平面光波导及粘附在其上表面和下表面中的至少一个表面的荧光量子点薄膜构成。例如：①由复合平面光波导及粘附在所述复合平面光波导上表面的荧光量子点薄膜构成(参见图1a)；②由复合平面光波导及粘附在所述复合平面光波导下表面的荧光量子点薄膜构成(参见图1b)；③由复合平面光波导及粘附在所述复合平面光波导上表面和下表面的荧光量子点薄膜构成(参见图1c)。优选地，所述复合型平面荧光聚光器由至少两个复合平面光波导及夹在至少两个复合平面光波导的层间的荧光量子点薄膜构成。例如：①由两个复合平面光波导及夹在这两个复合平面光波导的层间的一层荧光量子点薄膜构成(参见图1d)；②由三个复合平面光波导及夹在这三个复合平面光波导的两个层间的两层荧光量子点薄膜(参见图1e)；③由四个复合平面光波导及夹在这四个复合平面光波导的三个层间的三层荧光量子点薄膜(参见图1f)。所述掺杂型平面荧光聚光器包括：散射颗粒、荧光量子点和平面光波导，且所述散射颗粒和荧光量子点均匀地分散在平面光波导基质中(参见图2)。优选地，所述掺杂型平面荧光聚光器的厚度为1mm～50mm，例如为1mm、5mm、10mm、13mm、16mm、20mm、25mm、28mm、30mm、35mm、38mm、40mm、42mm、45mm或50mm等，优选为10mm～20mm，在此优选范围10mm～20mm条件下，掺杂型平面荧光聚光器的性能更好。优选地，所述散射颗粒为无机颗粒和/或聚合物颗粒，所述无机颗粒优选为SiO2、TiO2、纳米硫酸钡和碳酸钙等，所述聚合物颗粒优选为聚碳酸酯(Polycarbonate,PC)、聚氯乙烯(Polyvinylchloride,PVC)、聚苯乙烯(Polystyrene,PS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)以及环氧树本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种平面荧光聚光器，其特征在于，所述平面荧光聚光器中包含散射颗粒、荧光量子点和平面光波导。

【技术特征摘要】
1.一种平面荧光聚光器，其特征在于，所述平面荧光聚光器中包含散射颗粒、荧光量子点和平面光波导。2.根据权利要求1所述的平面荧光聚光器，其特征在于，所述平面荧光聚光器为复合型平面荧光聚光器或掺杂型平面荧光聚光器中的任意一种；所述复合型平面荧光聚光器包括：复合平面光波导以及荧光量子点薄膜，其中，所述复合平面光波导为散射颗粒复合的平面光波导；优选地，所述复合型平面荧光聚光器中的荧光量子点薄膜为铜铟硫荧光量子点薄膜，或者表面包覆有ZnS的铜铟硫荧光量子点薄膜；优选地，所述复合型平面荧光聚光器中的荧光量子点薄膜的厚度为50μm～2mm，优选为50μm～200μm；优选地，所述复合型平面荧光聚光器中的复合平面光波导的厚度为1mm～50mm，优选为10mm～20mm；所述掺杂型平面荧光聚光器包括：散射颗粒、荧光量子点和平面光波导，且所述散射颗粒和荧光量子点均匀地分散在平面光波导基质中；优选地，所述掺杂型平面荧光聚光器的厚度为1mm～50mm，优选为10mm～20mm。3.根据权利要求2所述的平面荧光聚光器，其特征在于，所述复合型平面荧光聚光器由复合平面光波导及粘附在其上表面和下表面中的至少一个表面的荧光量子点薄膜构成；优选地，所述复合型平面荧光聚光器由至少两个复合平面光波导及夹在至少两个复合平面光波导的层间的荧光量子点薄膜构成。4.根据权利要求1-3任一项所述的平面荧光聚光器，其特征在于，所述散射颗粒为无机颗粒和/或聚合物颗粒，所述无机颗粒优选为SiO2、TiO2、纳米硫酸钡或碳酸钙中的任意一种或至少两种的组合，所述聚合物颗粒优选为聚碳酸酯PC、聚氯乙烯PVC、聚苯乙烯PS、聚甲基丙烯酸甲酯PMMA、聚对苯二甲酸乙二醇酯PET、环氧树脂或丙烯酸树脂中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述散射颗粒的粒径为微米级，优选为0.5～10μm，进一步优选为2～5μm；优选地，所述荧光量子点为铜铟硫量子点和/或表面包覆有ZnS的铜铟硫量子点；优选地，所述平面光波导为高分子聚合物，所述高分子聚合物优选为聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯、聚碳酸酯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、环氧树脂或丙烯酸树脂中的任意一种或至少两种的组合。5.如权利要求1-4任一项所述的平面荧光聚光器的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)将荧光量子点分散于有机溶剂中，得到荧光量子点分散液；(2)将聚合物和/或制备聚合物的原料与散射颗粒混合，得混合溶液，采用得到的混合溶液制备复合平面光波导；然后将步骤(1)得到的荧光量子点分散液涂覆在复合平面光波导的上表面和下表面中的至少一个表面，或者封装于至少两个复合平面光波导的层间，形成复合型平面荧光聚光器；或者...

【专利技术属性】
技术研发人员：王恺，李臣，郝俊杰，陈威，秦静，邓建，孙小卫，
申请(专利权)人：南方科技大学，
类型：发明
国别省市：广东;44