[發明專利]包含曲面光子晶體膜結構的全可見光聚光器的制備方法

無效

• 申請號: 200710303780.7
• 申請日: 2007-12-21
• 公開（公告）號: CN101187728A
• 公開（公告）日: 2008-05-28
• 發明（設計）人: 張佑專;王京霞;宋延林;江雷
• 申請（專利權）人: 中國科學院化學研究所
• 主分類號: G02B19/00
• 分類號: G02B19/00;C08F212/08;C08F2/22
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司
• 代理人: 李柏

技術領域

本發明涉及膠體光子晶體膜的應用，尤其在太陽光選擇性利用的應用領域，具體涉及的是一種包含曲面光子晶體膜結構的全可見光聚光器的制備方法。

背景技術

隨著煤炭，石油，天然氣等不可再生能源的消耗，能源危機逐漸呈現，因此利用風能，水能，太陽能等新能源早已成為研究的熱點。其中太陽能作為清潔的可再生能源，對其的利用研究越來越受到各國政府和研究人員的關注。太陽能電池經過了近半個世紀的發展，目前太陽能電池的光電轉換效率最高值為42.8％左右(Science?2007，317，583～584.)，然而因為這種高效率的電池的制作工藝復雜，材料(諸如硅、鎵、鍺、銦、砷等半導體材料)要求苛刻，價格昂貴，所以很難得到廣泛應用。直到1991年染料敏化納米晶太陽能電池的突破性進展，其低成本、高效率的特點成為制造物美價廉的太陽能電池的最佳解決方案，經過十幾年的研究其轉換效率最高雖然已達到11.18％左右(J.Am.Chem.Soc.2005，127，16835～16847.)，但仍然需要進一步的提高這種電池的性能。而對這種電池的改進方法中，設法拓寬燃料的吸收光譜是非常重要的研究方向，但難度很大。從這種思路我們設計了包含曲面光子晶體膜結構的全可見光聚光器。

這種聚光器利用了光子晶體材料，光子晶體的概念是Yablonovitch和John在1987年首次提出的(Phys.Rev.Lett.1987，58，2059～2062.Phys.Rev.Lett.1987，58，2486～2489.)。光子晶體是將不同介電常數材料進行周期排列得到的一種特殊的結構，該結構能夠對特定波段的光傳播進行調控；這種特性使其在高性能反射鏡、光子晶體波導、光子晶體微腔等方面具有廣泛的應用。有關文獻還把光子晶體應用在染料敏化太陽能電池結構中(J.Am.Chem.Soc.2003，125，6306～63?10.J.Phys.Chem.B?2005，109，6334～6342.J.Phys.Chem.B2005，109，15968～15976.Appl.Phys.Lett.2006，88，193110.)，從實驗和理論兩方面證實了光子晶體對于太陽能電池的增強作用，但是增強作用尚不顯著；而且結構中引入光子晶體層，使制備電池的工藝復雜化。以上的研究背景，為本發明人的發明提供了技術改造的基礎。

本發明是基于本發明人在前專利申請(專利申請號：CN：200510011219.2，CN：200510012021.6，CN：200610011452.5，CN：200510012047.0，CN：200510012021.6，CN：200610011451.0，CN：200610112825.8)的簡單制備單分散乳膠粒，及大面積快速制備可見、紫外、近紅外中紅外區的膠體光子晶體膜，并將其應用在裝飾涂料，預防紫外線的涂層、化妝品及增強光致發光器件、高反射率漫反射膜等方面的基礎。本發明首先制備得到曲面結構的光子晶體，并結合凹面鏡聚光特性及光子晶體結構對特定波段光傳播方向調控的特點于一體，形成獨特的對全可見光進行聚集的聚光器。上述專利的內容由參考方式被并入本案。

發明內容

本發明的目的在于提供包含曲面光子晶體膜結構的全可見光聚光器的制備方法。

本發明是基于凹面鏡聚光及光子晶體調控可見光傳播的原理，進行制備包含曲面光子晶體膜結構的全可見光聚光器。

本發明利用光子晶體的對于全可見光的反射作用，在凹面基片的表面采用自然沉積法涂上一層光子晶體薄膜，從而對于全可見光進行會聚，會聚的光線可以用于染料敏化太陽能電池進行光電轉換。

本發明是在凹面基片的表面采用自然沉積法涂上一層含有硬核-軟殼結構的單分散聚合物乳膠粒的乳液，干燥，在凹面基片的表面形成反射全可見光的曲面光子晶體膜，得到包含曲面光子晶體膜結構的全可見光聚光器；利用這種光子晶體在全可見光的大范圍漫反射性質，在將本發明得到的全可見光聚光器應用于太陽能電池時，從而所得凹面鏡能夠增強在染料敏化太陽能電池上面的可見光密度，在相同光強條件下可以使染料敏化太陽能電池本身的光電轉換效率得到明顯的提高。

本發明所述的表面沉積有反射全可見光的曲面光子晶體膜的凹面鏡，其凹面鏡上的反射全可見光的曲面光子晶體膜是依據專利申請號CN：200610011452.5的自然沉積法，在恒溫恒濕條件下沉積在凹面基片上的。