基于单线态裂分实现光子倍增的太阳能聚光器材料及方法技术

一种基于单线态裂分实现光子倍增的太阳能聚光器材料及方法，包括并四苯分子锚定的β

【技术实现步骤摘要】
基于单线态裂分实现光子倍增的太阳能聚光器材料及方法


[0001]本专利技术涉及光伏
，特别地涉及一种基于单线态裂分实现光子倍增的太阳能聚光器材料及方法。

技术介绍

[0002]目前，能源结构不合理引发的气候危机是全球面临的巨大挑战，全球40％能源消耗和28％的碳排放是由建筑贡献的。因此，进一步提高其能效和电气化是建筑物脱碳减排的两大主要驱动力，促进净零能耗建筑物常态化发展。其中，将光伏发电系统于建筑有机结合在一起的建筑集成光伏，在保持景观美学的同时，对于实现净零能耗意义重大，因此太阳能聚光器近年来备受学术界于产业的关注。
[0003]目前太阳能聚光器是一种潜在的、低成本的建筑集成光伏技术，在保持景观美学以及聚光效率足够高的同时，一块太阳能聚光器在边缘处耦合少量的太阳能电池在功能上等同于一整块大面积的太阳能电池；并且由于其全角度收光的特点，无需安装太阳光追踪系统，可捕获大量漫反射或散射太阳光。然而迄今为止太阳能聚光器仍然没有走向大规模商用，最主要原因就在于目前所报道的太阳能聚光器的聚光效率不够高(2％
‑
6％)，聚光过程中的效率损失主要来源于：(1)高能光子激发带来热化损耗；(2)斯托克斯位移不足引起自吸收损失；(3)各向同性发光导致逃逸锥损耗。为了同时解决上述三种问题，本专利技术基于单线态裂分型杂化材料，实现具有宽谱吸光、倍增发射且高度偏振等特性，通过多参数同步优化，使太阳能聚光器聚光效率突破15％的规模化应用瓶颈。除此之外，本专利技术为克服太阳能转换领域的热化损耗问题提供了一条有效的途径。

技术实现思路

[0004]针对上述现有技术中的问题，本申请提出了一种基于单线态裂分实现光子倍增的太阳能聚光器材料，包括并四苯敏化体分子锚定的β
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NaYF4:Yb
3+
纳米棒形成的“敏化体
‑
发射体”杂化材料，所述并四苯敏化体的分子式为：
[0005][0006]优选地，并四苯敏化体分子倾向于垂直纳米棒表面定向排列；且并四苯敏化体分子的跃迁偶极矩垂直于并四苯骨架。
[0007]优选地，氟化聚甲基丙烯酸甲酯作为太阳能聚光器的波导材料。
[0008]一种合成基于单线态裂分实现光子倍增的太阳能聚光器材料的方法，包括以下步骤：
[0009]S1、将NaOH、乙醇、油酸溶于水，随后加入NH4F和氯化钇(YCl3·
6H2O)、氯化镱(YbCl3·
6H2O)水溶液；
[0010]S2、将步骤S1的溶液在惰性气体氛围下升温反应一定时间后冷却降温，离心处理获得不同纵横比的β
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NaYF4:Yb
3+
纳米棒；筛选出符合设计要求的样品，进行表征并反馈优化合成；
[0011]S3、对并四苯敏化体进行硅烷化修饰，以增加分子的稳定性和溶解性；进一步通过硫醇基修饰，增加分子锚定纳米棒强度，提高杂化材料稳定性，得到修饰后的并四苯敏化体分子；
[0012]S4、将修饰后的并四苯敏化体与β
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NaYF4:Yb
3+
纳米棒的溶液混合，得到分子锚定的纳米棒，对纳米棒材料进行表征优化。
[0013]优选地，选用氟化聚甲基丙烯酸甲酯作为太阳能聚光器的波导材料，将优化得到的光子倍增型杂化材料用于氟化聚甲基丙烯酸甲酯的氯仿溶液，得到澄清透明的胶状液体，然后利用胶状液体制备出大面积太阳能聚光器件。
[0014]优选地，在制备过程中加上一个垂直于太阳能聚光器平面的电场，纳米棒将沿着电场方向定向排列，最后纳米棒的取向垂直于太阳能聚光器平面。
[0015]优选地，修饰后的并四苯敏化体与β
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NaYF4:Yb
3+
纳米棒的溶液在超声环境下混合。
[0016]上述技术特征可以各种适合的方式组合或由等效的技术特征来替代，只要能够达到本专利技术的目的。
[0017]本专利技术提供的基于单线态裂分实现光子倍增的太阳能聚光器材料及方法，与现有技术相比，至少具备有以下有益效果：
[0018]目前传统常用的太阳能荧光聚光器的发光团材料都无法突破常规效率的极限，即四大光学参数，尤其是发光团的发光效率(ηPL)无法突破100％，而本新型实用从原理上实现突破，将实现“一个光子”转化为“两个能量子”用于下转换发光的物理过程引入到太阳能聚光器的应用中，使发光团的发光效率(ηPL)达到180％～200％，成倍的提升了太阳能聚光器的聚光效率，理论的聚光效率也远超现有的最大聚光效率的记录。
[0019]并且本新型实用从发光团的材料特性出发，通过在制备过程中施加特定方向电场，可以使制备好的太阳能聚光器具有使发射光子进入全反射模式的效率(η
trap
)突破75％的传统极限，同样也大幅度提升了太阳能聚光器的聚光效率。
附图说明
[0020]在下文中将基于实施例并参考附图来对本专利技术进行更详细的描述。其中：
[0021]图1显示了本专利技术太阳能聚光器的结构示意图；
[0022]图2显示了本专利技术的并四苯敏化体分子锚定的β
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NaYF4:Yb
3+
纳米棒结构示意图；
[0023]图3显示了本专利技术的并四苯分子的吸收光谱；
[0024]图4显示了本专利技术的Yb
3+
的荧光谱。
具体实施方式
[0025]下面将结合附图对本专利技术作进一步说明。
[0026]本专利技术提供了一种基于单线态裂分实现光子倍增的太阳能聚光器材料，包括并四苯敏化体分子锚定的β
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NaYF4:Yb
3+
纳米棒形成的“敏化体
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发射体”杂化材料，基于光激发态能量“1到2转换”的理念，即在能量守恒的框架下，实现“一个光子”转化为“两个能量子”用于下转换发光的物理过程，在太阳能荧光聚光器中发展克服热化损耗的新材料、新机理，同步优化器件光学参数，从而实现高效的、实用化的太阳能窗户应用。该理念可以是太阳能聚光器极大克服了热化损耗，有望颠覆性地提高太阳能聚光器聚光效率(由于η
PL
倍增)。同时，下转换的低能光子远离高能吸收带边，极大程度抑制自吸收损失(η
wg
≈1)。因此这种新的机理将为实用化的大面积太阳能聚光器窗户带来成倍提升的聚光效率。
[0027]本专利技术专利从突破太阳能聚光器聚光效率瓶颈以及太阳能转换的热化损耗等问题出发，设计出单线态裂分型光子倍增的太阳能荧光聚光器，突破现有的太阳能聚光器的聚光效率，达到可大规模商用化的标准。本专利主要采用胶体溶液法实现光子倍增发射的<敏化体
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发射体>杂化材料，即利用并四苯敏化体分子锚定的β
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NaYF4:Yb
3+
纳米棒构筑高聚光效率的太阳能荧光聚光器。
[0028]在一个实施例中，采用并四苯分子作为太阳能聚光器的发光团的杂化材料的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于单线态裂分实现光子倍增的太阳能聚光器材料，其特征在于，包括并四苯敏化体锚定的β
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XYF4:Yb
3+
纳米棒形成的“敏化体
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发射体”杂化材料，X是钠、钾或锂元素，Y是钇元素，F是氟元素，Yb是镱元素，所述并四苯敏化体的分子式为：2.根据权利要求1所述的基于单线态裂分实现光子倍增的太阳能聚光器材料，其特征在于，并四苯敏化体分子倾向于垂直纳米棒表面定向排列；且并四苯敏化体分子的跃迁偶极矩垂直于并四苯骨架。3.根据权利要求1所述的基于单线态裂分实现光子倍增的太阳能聚光器材料，其特征在于，氟化聚甲基丙烯酸甲酯作为太阳能聚光器的波导材料。4.一种合成权利要求1所述的基于单线态裂分实现光子倍增的太阳能聚光器材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将XOH、醇类、油酸溶于水，随后加入NH4F和YZ3·
6H2O、YbZ3·
6H2O水溶液，Z是卤族元素；S2、将步骤S1的溶液在惰性气体氛围下升温反应一定时间后冷却降温，离心处理获得不同纵横比的β
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XYF4:Yb
3+
纳米棒；筛选出符合设计要求的样品，进行表征并反馈优化合成；S3、将并四苯敏化体与β
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XYF4:Yb
3+
纳米棒的溶液混合，得到分子锚定的纳米棒，对纳米棒材料进行表征优化。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗消，聂奇，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：