一种钙钛矿量子点平板荧光太阳能聚光器及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种半透明钙钛矿量子点平板荧光太阳能聚光器，包括：光学透明平板，涂布于上述光学透明平板一面的钙钛矿量子点聚合物涂层；以及其制备方法，包括：1）制备钙钛矿量子点聚合物浆液；2）钙钛矿量子点聚合物浆液的涂布。该类聚光器的钙钛矿量子点功能涂层在光学透明平板上的附着力达1级，绝对荧光量子产率最高达到95%，光电转化效率可达5%，具有非常优异的太阳能收集效果。此外，本发明专利技术公开的半透明钙钛矿量子点平板荧光太阳能聚光器老化稳定性能优越。本发明专利技术制备的一种半透明钙钛矿量子点平板荧光太阳能聚光器可以应用于建筑玻璃、幕墙、遮阴棚、高速隔离墙等对透光率有一定要求的光伏建筑一体化构件。定要求的光伏建筑一体化构件。定要求的光伏建筑一体化构件。

【技术实现步骤摘要】
一种钙钛矿量子点平板荧光太阳能聚光器及其制备方法


[0001]一种荧光太阳能聚光器及其制备方法，特别是一种半透明钙钛矿量子点平板荧光太阳能聚光器及其制备方法。

技术介绍

[0002]太阳能光伏发电技术是太阳能开采利用最直接有效的方式，其以光生伏特效应为能量转化原理实现光能和电能的转化利用。然而，尽管人们努力提高太阳能电池的效率以及降低材料、制造和安装成本，相较传统能源方式光伏设备产生电力的成本还是很高。进一步降低太阳能发电的成本，荧光太阳能聚光器（LSC）被认为是一种有前途的技术，其通过减少昂贵的PV材料（如单晶硅）的使用来降低电力成本。
[0003]荧光太阳能聚光器（luminescent solar concentrator，LSC）是一种收集和集中太阳能的系统，其通过发光物质吸收入射太阳光，激发出较高波长的光，激发光再通过波导导入到光电电池，从而达到太阳能收集效果。荧光太阳能聚光器通过便宜、大面积的太阳能收集天线加上小尺寸的光电电池就能替代大范围光电电池，所以其能大幅降低太阳能的利用成本。另外，LSC可用于建筑物集成光伏应用，例如透明或半透明的太阳能窗户。当聚光效率足够高时，可以实现一种低成本的光伏技术。根据应用需求不同，可以定制荧光太阳能聚光器中的荧光材料，但考虑到荧光太阳能聚光器的商业应用前景，要求荧光材料具有亮度大、稳定、不重吸收发射光等性质。另外，为了保证荧光太阳能聚光器的光收集效率，新型发光材料需要尽量与太阳光波长匹配。然而，超过60%的太阳光光通量在600nm波长以上，这使得大多数有机染料分子无法满足要求。量子点作为一种高稳定性、光学可调的发光材料，近年来被应用于太阳能聚光器件，成为纳米能源领域的研究热点。然而围绕大面积器件以及高效率输出依然是该领域的难题。由于荧光太阳能聚光器依赖于宏观距离的光子转移，因此很容易遭受各种方式的损失，其中主要包括发射光被量子点自吸收导致的能量损耗以及量子点本身荧光量子产率低导致的非辐射能量损耗。
[0004]为了提升发光太阳能聚光器的光能转化效率，人们试图通过量子点的结构改进来降低自吸收导致的能量损耗，现有的改进方法包括离子掺杂，厚壳结构，新型量子点异质结构等。其中，掺杂的量子点被证明具有较小的LSC重吸收损失甚至无重吸收损失。例如，在Mn
2+
掺杂的硒化锌量子点，量子点有效的敏化激发Mn
2+
杂质离子到4T1配位场激发态，从而激发较高的量子效率以及高效的Stokes位移，从而在相应的LSC中产生较小的或者不产生重吸收损耗。然而，由于吸收材料的大带隙（CdS，2.5eV; ZnSe，2.7eV），这些可见光发射的量子点不能完全覆盖太阳光谱。例如，在Mn
2+
掺杂的ZnSe/ZnS量子点，吸收波长低于450nm，在核/厚壳CdSe/CdS量子点中，吸收波长低于500nm，因此，当前基于这些传统量子点材料的LSC器件的光电转化效率无法满足应用要求。
[0005]量子点本身及其LSC器件荧光量子产率太低，也是目前很多研究工作进一步展开面临的挑战。例如，近红外发射核/壳量子点如PbS/CdS和CuInSeS/ZnS量子点，荧光量子产率仅为40～50％也被用作LSC的荧光材料，加之其存在重吸收导致的能量损失，G（几何增益
因子：LSC的上表面与光伏电池的面积比）大于40的大面积LSC最大PCE仍然很低（～1%）。

技术实现思路

[0006]为解决现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供半透明钙钛矿量子点平板荧光太阳能聚光器及其制备方法；该方法所制备的荧光太阳能聚光器采用有机无机或全无机钙钛矿量子点作为太阳光吸收和转换发射材料，使得该聚光器表现出很高的光电转换效率。近年来，钙钛矿量子点由于其优异的荧光性能受到广泛关注与研究。其相对传统胶体量子点具有更高的荧光量子产率，较小的自吸收，尺寸/组成依赖性的吸收和发射，宽吸收光谱，荧光对温度依耐性低，合成工艺简单重现性佳，成本低等明显的优势。基于这些特点，钙钛矿量子点有望提升大尺寸荧光太阳能聚光器的光能转化效率。最近，钙钛矿量子点荧光量子产率的提升又取得了很大的进展，有关研究报道了通过配体改进的钙钛矿量子点合成方法及后处理方法，有效消除了量子点表面缺陷导致的非辐射能量损耗，大大提升了钙钛矿量子点的稳定性，最重要的是，这些方法将钙钛矿量子点荧光量子产率提升至100%，大大提升了钙钛矿量子点在荧光太阳能聚光器上应用的优势。
[0007]本专利技术公开了一种半透明钙钛矿量子点平板荧光太阳能聚光器，包括：光学透明平板，涂布于上述光学透明平板一面的钙钛矿量子点聚合物涂层；以及其的制备方法，包括：1）制备钙钛矿量子点聚合物浆液；2）钙钛矿量子点聚合物浆液的涂布。本专利技术采用钙钛矿量子点作为光吸收和转换荧光材料明显提升了太阳光的利用效率，通过降低硅晶太阳能电池的用量，有望显著降低太阳能的利用成本。该类聚光器可见光透过率高于50%，钙钛矿量子点功能涂层在聚合物平板上的附着力达1级，可以应用于建筑玻璃、幕墙、遮阴棚、高速隔离墙等对透光率有一定要求的光伏建筑构件。此外，本专利技术制备的一种半透明钙钛矿量子点平板荧光太阳能聚光器的光学性能和老化稳定性能优异，整个聚光器的绝对荧光量子产率最高可达95%。几何增益因子(G)最高达到42的情况下，光电转化效率达到2.8%。该类聚光器的老化稳定性能优越，高温高湿60℃，90%相对湿度后依然能保持90%以上的荧光量子产率。
[0008]为了实现上述目标，本专利技术采用如下的技术方案：一种半透明钙钛矿量子点平板荧光太阳能聚光器，其特征在于，包括：光学透明平板，涂布于上述光学透明平板一面的钙钛矿量子点聚合物涂层。
[0009]一种半透明钙钛矿量子点平板荧光太阳能聚光器的制备方法，包括如下步骤：1）钙钛矿量子点聚合物浆液的制备首先将钙钛矿量子点分散于有机溶剂中，室温下超声分散半小时后，即可得到均匀分散的钙钛矿量子点溶液，向该溶液中加聚合物树脂成膜剂，充分搅拌均匀后得到钙钛矿量子点聚合物浆液；2）钙钛矿量子点聚合物浆液的涂布将步骤1）的上述钙钛矿量子点聚合物浆液均匀涂布于光学透明平板基底的上表面，固化后得到具有钙钛矿量子点聚合物涂层的半透明钙钛矿量子点平板荧光太阳能聚光器；前述的半透明钙钛矿量子点平板荧光太阳能聚光器的制备方法，步骤1）中，有机溶剂的沸点在50℃～120℃，为甲苯、二甲苯、二氯甲烷、氯仿、乙酸乙酯、正己烷的一种或几
种的混合物。
[0010]前述的半透明钙钛矿量子点平板荧光太阳能聚光器的制备方法，步骤1）中，钙钛矿量子点为有机无机混杂或者全无机钙钛矿量子点及其表面修饰和改性后的量子点，其通式为ABX3，其中A为金属阳离子或者带正电荷的有机阳离子，B为金属阳离子，X为卤素离子，优选的，A为Cs
+
，FA
+
(HN=CH
‑
NH3
+
)，CHNH3
+
或RNH3
+
的一种或几种，其中，R为碳链原子数为1～18的饱和/不饱本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种半透明钙钛矿量子点平板荧光太阳能聚光器，其特征在于，包括：光学透明平板，涂布于上述光学透明平板一面的钙钛矿量子点聚合物涂层。2.一种半透明钙钛矿量子点平板荧光太阳能聚光器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1）钙钛矿量子点聚合物浆液的制备首先将钙钛矿量子点分散于有机溶剂中，室温下超声分散半小时后，即可得到均匀分散的钙钛矿量子点溶液，向该溶液中加入聚合物树脂成膜剂，充分搅拌均匀后得到钙钛矿量子点聚合物浆液；2）钙钛矿量子点聚合物浆液的涂布将步骤1）的上述钙钛矿量子点聚合物浆液均匀涂布于光学透明平板基底的上表面，固化后得到具有钙钛矿量子点聚合物涂层的半透明钙钛矿量子点平板荧光太阳能聚光器。3.根据权利要求2所述的一种半透明钙钛矿量子点平板荧光太阳能聚光器的制备方法,其特征在于，步骤1）中的有机溶剂的沸点在50℃～120℃，为甲苯、二甲苯、二氯甲烷、氯仿、乙酸乙酯、正己烷的一种或几种的混合物。4.根据权利要求2所述的一种半透明钙钛矿量子点平板荧光太阳能聚光器的制备方法，其特征在于，步骤1）中，上述钙钛矿量子点为有机无机混杂或者全无机钙钛矿量子点及其表面修饰和改性后的量子点，其通式为ABX3，其中A为金属阳离子或者带正电荷的有机阳离子，B为金属阳离子，X为卤素离子，优选的，A为Cs
+
，FA
+
(HN=CH
‑
NH3
+
)，CHNH3
+
或RNH3
+
的一种或几种，其中，R为碳链原子数为1～18的饱和/不饱和直链或支链烷基基团或芳香基团及其衍生基团；B为Pb
2+
、Sn
2+
、Sb
2+
、Bi
2+
、Ag<...

【专利技术属性】
技术研发人员：ꢀ五一IntClH零一L三一零五五，
申请(专利权)人：南京紫同纳米科技有限公司，
类型：发明
国别省市：