本发明专利技术提供展示出高效率和持久荧光性质的发光太阳能集中器（ＬＳＣ），包括至少一块具有两个主表面和多个边缘的板，多个边缘具有附在其上的太阳能电池，该板包括选自由玻璃和塑料组成的组的衬底且设置有沉积在其至少一个主表面上的基于复合的无机－有机、溶胶－凝胶的基质膜，其中膜掺杂有至少一种发光染料，且集中器包括至少三种实质上不同吸收范围的发光染料，且其中膜具有至少１０μｍ的厚度。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于制造发光太阳能集中器(LSC)的方法。更具体地，本专利技术还涉及结合了掺杂发光染料的有机-无机、溶胶-凝胶复合膜的LSC，提供高的效率和稳定性。
技术介绍
世界上传统的能源供应主要基于可容易利用的化石来源，这种能源供应正在快速减少。能源危机的主要短期替代物，核裂变能，引起大量的争议，且还不知道真正实现核聚变的日期。毫无疑问，太阳能是洁净且无危险的来源，如果开发出适当的方法来收集、集中、 储存、以及转换漫射且本质上断续的太阳光，那么能为解决能源问题提供相当大的贡献。在完全可以想象到的强烈的政治上反对建造核反应堆的的情形下，在没有充足水电力的国家中太阳能光伏电池的可行性表示一种安全体系。然而，很显然，如果只是因为制备掺杂的高等级硅本身需要非常大量的电能，那么如果每千瓦所需的硅的量能够被削减到1/5或 1/10，这将是决定性的优势。集中太阳光的一种方式涉及抛物面镜(或用于太阳能炉的这样的反射表面的组件)或Fresnel透镜，这将适合于砷化镓(GaAs)光伏。然而，安装用于跟踪太阳每天的表观运动所需要的定日镜类型的装置是昂贵的，且它几乎损失全部量的漫射光，其构成到达欧洲和美国的大多数地区的地球表面的约60%的光。平面发光集中器的原理由Weber和Lambe1首先提出，且随后同时由Goetzberger 与Greubel2和由Swartz, Cole以及kwail3更详细地阐述。该主题已经由Batchelder、 Zewail以及Cole4_5和由Goetzberger与Wittwer6进一步分析，且侧重于荧光有机染料物质的使用。Reisfeld等人描述了虽然添加三价钕或钬提高收率8，但铀酰离子在无机玻璃7 中起作用。在参考文献η1中，我们提出使用基于掺杂染料的二氧化硅的溶胶-凝胶玻璃来集中太阳能。然而，到目前为止，仅观测到非常低效率的能量输出。专利技术详述在太阳能应用中，诸如玻璃和塑料的材料已经被用来最小化热损耗、集中并聚焦光、以及保护吸收器。与玻璃比较，塑料更加便宜、更容易被形成复杂的形状、重量轻且没那么易碎。因此，在太阳能应用中日益增加对诸如聚碳酸酯和丙烯酸酯类聚合物的塑料的使用，然而，由于本领域中普遍已知聚碳酸酯和丙烯酸酯类聚合物是感光性的且当暴露于UV 辐射时会降解，因此这些塑料必须加以处理和保护。有机-无机、溶胶-凝胶复合基质。溶胶-凝胶涂层被认为是简单且便宜的。更具体地，溶胶-凝胶法是一种用于产生固态玻璃块或薄膜的低温技术。利用这种方法，容易在玻璃、陶瓷、金属或其它固体衬底上制作涂层。另外，相对温和的合成条件允许添加诸如有机染料或无机离子的各种掺杂剂， 这将所得到的玻璃/掺杂剂的组合转化成可以用在各种光学或传感应用中的活性材料。溶胶-凝胶法允许制备透明且多孔的无机基质并在它的孔隙中引入有机分子。该方法包含硅醇化物的水解和缩合反应以产生3D、无定形、多孔的且稳定的二氧化硅网络。有机改性的硅氧烷基质，特别是具有大的有机改性剂的那些硅氧烷基质是允许引入大量的有机分子的优选材料。在本专利技术中，存在使用基于诸如TEOS或TMOS, GLYMO, PhTMOS, ICPTMOS, PEG TPOZ的各种醇化物的溶胶-凝胶复合杂化材料；涂层的重要组分是复合DURS(分别利用 ICPTM0S和PEG合成的)，赋予涂层弹性和柔性。TPOZ被用作膜折射率的改性剂和环氧聚合的有效催化剂。基质中大的有机改性剂(PhTMOS前驱体中的苯基)被用来筛选孔表面的强极性硅烷醇基。专利技术简要概述更具体地，本专利技术涉及掺杂发光染料的有机-无机、溶胶-凝胶复合涂层，其提供了高的效率和稳定性且用于发光太阳能集中器。涂层是基于有机改性的硅氧烷(有机改性硅酸盐)且通过溶胶-凝胶过程形成的光学透明的玻璃材料。溶胶-凝胶基质包括复合杂化材料，例如二氨基甲酸酯-硅氧烷(DURS)(分别由异氰酸基-丙基-三甲氧基-硅烯 (ICPTM0S)和聚乙二醇(PEG)合成)，赋予涂层弹性和柔性。溶胶-凝胶涂层基于各种醇化物，例如四乙氧基-硅烷(TEOS)；四甲氧基-硅烷(TMOS)；缩水甘油基-丙氧基-三甲氧基-硅烷(GLYMO)；苯基-三甲氧基-硅烷(PhTMOS)；以及正四丙醇锆(TPOZ)。诸如DFSB-K82-黄；DFSB-K-61-透蓝；DFWB-K1-60-橙；若丹明 640 ；若丹明红；以及若丹明B的热稳定且高效的发光染料被用在单掺杂的、双掺杂的、三掺杂的或四掺杂的复合膜中，其在可见范围吸收、考虑到太阳光谱、并且以较长的波长发射，从而减少自吸收。由于将发光染料和合成的银纳米颗粒并入到新的复合有机改性陶瓷基质中，因而出现光发射的增强。由于表面等离子体共振，掺杂了尺寸在10-40nm范围内的球状银纳米颗粒的复合膜提供发光的增强。本专利技术包括由溶胶-凝胶过程获得的银纳米颗粒的新的晶体生长过程。利用硝酸银和二甲基甲酰胺(DMF)，在杂化的复合有机改性硅酸盐溶胶-凝胶溶液中原位还原银纳米颗粒。杂化的复合基质包含二氨基甲酸酯封端的二氧化硅网络(di-urethane therminated silica network)，它充当稳定剂和耦联剂。以这种方式，获得各种尺寸和形状的银纳米颗粒是可能的。由于等离子体共振在400-410nm的范围内发生，因此银纳米颗粒展示出强特征的消光峰。更具体地，本专利技术包括在溶胶-凝胶介质中合成且并入复合膜中的银纳米颗粒。发光强度的增强提高了 LSC的效率。包含强吸收和高度荧光染料的膜涂层在其周边周围与一组光伏电池(PVC)接触。被染料所吸收的光以荧光再辐射。由于LSC的表面的全内反射，荧光从薄板(sheet)的薄边缘出现且照到PVC。因此，玻璃板或塑料板充当光陷阱和到PVC的2-D光导管。根据本专利技术的涂层具有与诸如玻璃(或塑料)的衬底的折射率相等的预定折射率和30-35mkm范围内的均勻的最大厚度。利用滴铸法将涂层沉积在玻璃衬底上，在室温下保持48小时，然后在30°C、优选地50°C且最优选地70°C下干燥M小时。LSC将所发射的荧光集中到沉积在薄板上的板(plate)的边缘处的小区域，光伏电池可以连接到此区域。就到达板的表面的辐射能量与如下文中所描述的从LSC测量并计算的输出能量相比的百分比而言，带有超过70%的量子效率和投射的功率转换效率的所记录的发光太阳能集中器显示高达12-23%的效率。用透明的环氧树脂将具有板的表面的1/33的面积且具有17%的效率额定值的条状硅电池粘贴到边缘中的一个且暴露在太阳模拟器中。测量短路电流，然后乘以4(以说明是4个可利用的边缘)。结果与覆盖板的整个表面且具有所测量的17%的效率额定值的标准电池的结果相比较。结果显示用单个LSC (包括混合染料和非堆叠的集中器)，我们已经实现12. 59%的效率且面积仅为标准电池面积的1/8，而基于相同的测量方法，用3堆叠的集中器，每一个吸收太阳光谱的不同部分，结果显示23. 5%的效率。在参考文献19中所讨论的基于昂贵的GaAs和(ialnP的太阳能电池的功率转换效率的预测结果仅为6. 8%。相比之下，本文给出的基于用硅电池测量的功率转换效率的结果超过23. 5%0专利技术陈述本专利技术提供一种呈现出高效率和持久荧光特性的发光太阳能集中器(LSC)本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种展示出高效率和持久荧光性质的发光太阳能集中器ＬＳＣ，包括至少一块具有两个主表面和多个边缘的板，所述多个边缘具有附在其上的太阳能电池，所述板包括选自由玻璃和塑料组成的组的衬底且设置有沉积在其至少一个主表面上的基于复合的无机－有机、溶胶－凝胶的基质膜，其中所述膜掺杂有至少一种发光染料以及所述集中器包括至少三种实质上不同吸收范围的发光染料，并且其中所述膜具有至少１０μｍ的厚度。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：莱娜特·雷斯费尔德，
申请(专利权)人：绿太阳能源有限公司，
类型：发明
国别省市：IL
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