一种基于长余辉微米颗粒的单晶硅平板型荧光太阳集光器的制备方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种基于长余辉微米颗粒的单晶硅平板型荧光太阳集光器的制备方法及其应用，特点是其制备方法包括铬离子与镱离子共掺杂钙铝锗酸盐发光中心材料制备的步骤：将发光中心粉末与硫醇烯共聚物复合得到单晶硅平板型荧光太阳集光器的步骤，在单晶硅平板型荧光太阳集光器的四周粘贴带导电金属PCB板的单晶硅太阳能电池板、其上表面设置顶部减反层且其下表面设置底部金属反射层得到光伏发电装置；优点是光电转换效率高且发光寿命长，且应用到光伏发电装置中可有效减少入射光子表面反射损耗、平板型光波导内传输损耗，从而显著提高在弱光照条件下的光学收集效率以及光电转换效率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于长余辉微米颗粒的单晶硅平板型荧光太阳集光器的制备方法及其应用
本专利技术涉及一种荧光太阳集光器，尤其是涉及一种基于长余辉微米颗粒的单晶硅平板型荧光太阳集光器的制备方法及其应用。
技术介绍
单晶硅是指整体结晶为单晶形式的硅材料，是目前普遍使用的光伏发电材料之一。单晶硅太阳电池是目前硅基薄膜太阳电池中技术最成熟的光伏器件，与多晶硅和非晶硅太阳电池相比，其光电转换效率最高。商用的单晶硅太阳能电池的最佳光谱响应波段在近红外光波段。传统的单晶硅光伏发电装置光电转换效率受日照条件的影响很大，特别是在夜间或多云、阴雨天等弱光照条件下，单晶硅光伏组件发电效率极其低下。事实上，由于夜间或多云、阴雨天等弱光照条件下，单晶硅光伏器件几乎不发电，而单晶硅光伏发电装置中的并网逆变器处于待机状态，也会持续消耗一部分电量。因此，在夜间或多云、阴雨天等弱光照条件下，商用的单晶硅光伏组件的平均光电转换效率几乎为0。另一方面，在正常日照条件下，为了提高单晶硅光伏组件的光电转换效率，科学家们设计了基于菲涅尔聚光镜的单晶硅聚光光伏发电装置。目前，商用的光伏聚光组件普遍利用几何聚光原理，采用一系列反光镜和凸透镜阵列，将更大面积的太阳光聚集到小面积单晶硅光伏电池表面，在一定程度上提高了单位面积内入射光子数目以及单位面积内光伏器件的光电转换效率。然而，当前的单晶硅聚光光伏发电装置也面临着巨大技术挑战。一方面，聚光型单晶硅光伏发电装置具有明显的热效应，因此光伏器件的平均使用寿命短，单位发电成本居高不下；另一方面，由于太阳光入射角度每时每刻都在发生变化，传统单晶硅光伏聚集器中凸透镜阵列的焦点不断偏移，为了确保光伏聚集器中的光子到达太阳能电池的光子收集区域，需要增加一套对日追踪系统实时追踪入射太阳光，额外的马达等驱动控制装置大大提高了聚光光伏器件的单位发电成本。总之，复杂的冷却系统与价格不菲的对日追踪系统的使用，极大地增加了传统聚光单晶硅光伏器件的单位发电成本和铺设场地面积。平板型荧光太阳集光器（Flat-PlateLuminescentSolarConcentrators）是一种新型的太阳光子收集器，被誉为太阳能电池的“光捕手”，近年来受到国内外工业界与科研学术界的广泛关注。目前已报道的平板型荧光太阳集光器中的发光中心材料普遍采用半导体量子点（如专利公开号:109326672A、110021676A、109904270A等所述）。由于部分量子点的稳定性较差，光照条件下易分解（如钙钛矿量子点等）、部分量子点的光致发光量子产率低，集光效率低下（如碳量子点等）、部分量子点毒性较强，制备工艺复杂（如硫化镉，碲化镉、铜铟硒、硫化铅等量子点）。现有的以量子点作为发光中心材料的平板型集光器面临着集光效率低、工作稳定性差、光子输运效率低等一系列技术难题。另一方面，由于量子点的荧光寿命较短（几乎所有已知的量子点带隙辐射发光的荧光寿命均小于1毫秒），因此在夜间或大雾、多云、阴雨天等弱光照条件下，对于现有的基于多种量子点的荧光太阳集光器而言，相应太阳能电池的发电效率几乎为0，这严重限制了平板型集光光伏器件的发展和总体集光性能的提升。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种光电转换效率高且发光寿命长的基于长余辉微米颗粒的单晶硅平板型荧光太阳集光器的制备方法及其应用，其应用到光伏发电装置中可有效减少入射光子表面反射损耗、平板型光波导内传输损耗，从而显著提高在弱光照条件下的光学收集效率以及光电转换效率。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种基于长余辉微米颗粒的单晶硅平板型荧光太阳集光器的制备方法，包括以下步骤：（1）铬离子与镱离子共掺杂钙铝锗酸盐发光中心材料的制备将高纯度原材料氧化钙、氧化铝、氧化锗、氧化铬和氧化镱粉末按摩尔比为Ca：Al：Ge：Cr：Yb=1：1：2：0.05：0-0.40的比例混合均匀后，缓慢加入由去离子水、无水乙醇和正硅酸四乙酯按体积比3：6：1组成的混合溶液中，形成混合前驱液；然后将稀硝酸溶液逐滴滴入上述混合前驱液中，直至氧化物固体混合粉末完全溶解；将上述混合溶液置于水浴加热反应釜中，水浴加热温度控制在60-80℃并不断搅拌，水浴加热24-48小时，直至反应釜内混合溶液形成透明，均一的凝胶；将凝胶取出置于真空干燥箱中，控制干燥温度为100-150℃，直至多余的乙醇与去离子水全部蒸发；随后将干燥后的凝胶粉末置于真空烧结炉中，控制烧结温度为1200℃-1800℃，烧结4-8小时后，研磨得到平均粒度0.8-1.2微米的发光中心粉末；（2）单晶硅平板型荧光太阳集光器的制备取发光中心粉末10mg，置于5ml浓度为2mg/ml的正己烷溶液中，超声震荡处理5-10min，同时不断搅拌直至发光中心粉末在正己烷溶液中分散均匀；将含有发光中心粉末的正己烷混合溶液加入到前驱液中，超声震荡处理5-10min，同时不断搅拌直至发光中心粉末在前驱液中混合均匀得到前驱混合液；将前驱混合液倒入玻璃模具中，随后将玻璃磨具置于真空环境中保持30-60min，去除前驱混合液中溶解的气泡后，将前驱混合溶液在70℃下水浴恒温加热30min，随后采用紫外光照射进行固化，紫外光灯照射的功率为100W，中心波长365nm，固化时间为10-15s后，固化脱模进行抛光工艺处理表面及端面，即得到基于长余辉微米颗粒的单晶硅平板型荧光太阳集光器。步骤（2）所述的前驱液由光引发剂、烯丙基单体和硫醇单体按0.05g：4-6ml：4-6ml的比例混合而成；所述的发光中心粉末与所述的光引发剂的混合比例为200ul-800ul：0.05g。所述的光引发剂为1-羟基环己基苯基酮或者光起始剂-184（Irgacure-184），所述的烯丙基单体为三烯丙基-1,3,5-三嗪-2,4,6（1H，3H，5H）-三酮，所述的硫醇单体为季戊四醇四-3-巯基丙酸酯。上述基于长余辉微米颗粒的单晶硅平板型荧光太阳集光器在制备单晶硅平板型集光光伏发电装置方面的应用。所述的单晶硅平板型集光光伏发电装置包括单晶硅平板型荧光太阳集光器，所述的单晶硅平板型荧光太阳集光器的四周粘贴有商用单晶硅太阳能电池板，所述的单晶硅平板型荧光太阳集光器的上表面和所述的单晶硅太阳能电池板的上表面设置有顶部减反层，所述的单晶硅平板型荧光太阳集光器的下表面和所述的单晶硅太阳能电池板的下表面设置有底部金属反射层，所述的单晶硅太阳能电池板的外侧面固定设置有用于支撑所述的单晶硅太阳能电池板的镀有导电金属的PCB板。工作原理：当太阳光入射至器件表面时，顶部减反层的结构设计可有效减少太阳光的反射，从而使得更多的太阳光子进入器件内部平板型荧光太阳集光器。平板型荧光太阳集光器中的发光中心是基于铬离子与镱离子共掺杂钙铝锗酸盐粉末，其吸收太阳光后，经过光致发光过程，产生中心波长在976nm的特征荧光发射。由于平板型聚合物硫醇烯共聚物（OSTE）光波导的折射率约为1.7-1.9，远远大于空气的折射率（约1.0）。当发光中心材料发出特征荧光后，由于传播过程中荧光的全反射过程，将大部分光子限制在平板型荧光太本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于长余辉微米颗粒的单晶硅平板型荧光太阳集光器的制备方法，其特征在于包括以下步骤：/n（1）铬离子与镱离子共掺杂钙铝锗酸盐发光中心材料的制备/n将高纯度原材料氧化钙、氧化铝、氧化锗、氧化铬和氧化镱粉末按摩尔比为Ca：Al：Ge：Cr：Yb =1：1：2：0.05：0-0.40的比例混合均匀后，缓慢加入由去离子水、无水乙醇和正硅酸四乙酯按体积比3：6：1组成的混合溶液中，形成混合前驱液；然后将稀硝酸溶液逐滴滴入上述混合前驱液中，直至氧化物固体混合粉末完全溶解；将上述混合溶液置于水浴加热反应釜中，水浴加热温度控制在60-80℃并不断搅拌，水浴加热24-48小时，直至反应釜内混合溶液形成透明，均一的凝胶；将凝胶取出置于真空干燥箱中，控制干燥温度为100-150℃，直至多余的乙醇与去离子水全部蒸发；随后将干燥后的凝胶粉末置于真空烧结炉中，控制烧结温度为1200℃-1800℃，烧结4-8小时后，研磨得到平均粒度0.8-1.2微米的发光中心粉末；/n（2）单晶硅平板型荧光太阳集光器的制备/n取发光中心粉末10mg，置于5ml浓度为2mg/ml的正己烷溶液中，超声震荡处理5-10min，同时不断搅拌直至发光中心粉末在正己烷溶液中分散均匀；将含有发光中心粉末的正己烷混合溶液加入到前驱液中，超声震荡处理5-10min，同时不断搅拌直至发光中心粉末在前驱液中混合均匀得到前驱混合液；将前驱混合液倒入玻璃模具中，随后将玻璃磨具置于真空环境中保持30-60min，去除前驱混合液中溶解的气泡后，将前驱混合溶液在70℃下水浴恒温加热30min，随后采用紫外光照射进行固化，紫外光灯照射的功率为100W，中心波长365nm，照射时间为10-15s，最后固化脱模后，进行抛光工艺，即得到基于长余辉微米颗粒的单晶硅平板型荧光太阳集光器。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于长余辉微米颗粒的单晶硅平板型荧光太阳集光器的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）铬离子与镱离子共掺杂钙铝锗酸盐发光中心材料的制备
将高纯度原材料氧化钙、氧化铝、氧化锗、氧化铬和氧化镱粉末按摩尔比为Ca：Al：Ge：Cr：Yb=1：1：2：0.05：0-0.40的比例混合均匀后，缓慢加入由去离子水、无水乙醇和正硅酸四乙酯按体积比3：6：1组成的混合溶液中，形成混合前驱液；然后将稀硝酸溶液逐滴滴入上述混合前驱液中，直至氧化物固体混合粉末完全溶解；将上述混合溶液置于水浴加热反应釜中，水浴加热温度控制在60-80℃并不断搅拌，水浴加热24-48小时，直至反应釜内混合溶液形成透明，均一的凝胶；将凝胶取出置于真空干燥箱中，控制干燥温度为100-150℃，直至多余的乙醇与去离子水全部蒸发；随后将干燥后的凝胶粉末置于真空烧结炉中，控制烧结温度为1200℃-1800℃，烧结4-8小时后，研磨得到平均粒度0.8-1.2微米的发光中心粉末；
（2）单晶硅平板型荧光太阳集光器的制备
取发光中心粉末10mg，置于5ml浓度为2mg/ml的正己烷溶液中，超声震荡处理5-10min，同时不断搅拌直至发光中心粉末在正己烷溶液中分散均匀；将含有发光中心粉末的正己烷混合溶液加入到前驱液中，超声震荡处理5-10min，同时不断搅拌直至发光中心粉末在前驱液中混合均匀得到前驱混合液；将前驱混合液倒入玻璃模具中，随后将玻璃磨具置于真空环境中保持30-60min，去除前驱混合液中溶解的气泡后，将前驱混合溶液在70℃下水浴恒温加热30min，随后采用紫外光照射进行固化，紫外光灯照射的功率为100W，中心波长365nm，照射...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾港伟，张晓伟，朱家润，金佳明，车锦铭，张会红，
申请(专利权)人：宁波大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33