[發明專利]一種基于量子點-磷光有機分子雜化材料的太陽能聚光板

有效

• 申請號: 201811079478.2
• 申請日: 2018-09-13
• 公開（公告）號: CN110896111B
• 公開（公告）日: 2021-12-28
• 發明（設計）人: 吳凱豐;羅消
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: H01L31/054
• 分類號: H01L31/054;H01L31/055;H02S40/22
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 馬馳

本發明涉及一種基于量子點?磷光有機分子雜化材料的高效太陽能聚光板。該太陽能聚光板主要由量子點作為光吸收材料，磷光有機分子作為光發射材料，聚合物作為光波導介質。利用量子點較大的消光系數高效吸光，并將能量轉移到磷光有機分子，并通過其較大的光譜斯托克斯位移有效減小自吸收損失，最終通過聚合物光波導到側面的太陽能電池實現光電轉換。所述的磷光有機分子具有高效的磷光發射效率。作為優選方案，聚合物選用聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，量子點選用碲化鎘(CdTe)，可與磷光有機分子Pt?tetraphenyltetrabenzoporphyrin(Pt(tpbp))實現最優化的光譜匹配，最終獲得高達9％的外部量子效率。

技術領域

本發明涉及一種基于量子點-磷光有機分子雜化材料的高效太陽能聚光板。

背景技術

太陽能聚光板(LSCs)是一種吸收太陽光并利用全反射效應聚集熒光，進而耦合到光伏電池，最終產生電力的熒光器件。相比傳統太陽能模塊，LSCs具有更低的光伏成本，以及實現(半)透明智能窗戶的潛力。如果其聚光效率足夠高，則一塊LSC加上邊緣處的少量太陽能電池在功能上等同于一整塊大面積的太陽能電池。由于LSC的主體部分由廉價的有機玻璃材料加少量的發光材料組成，這一技術將有可能顯著降低光伏產能的成本，對光伏產能領域帶來革命性的改變。

盡管具有上述潛在優點，但目前報道的LSC研究都沒有實現商業化，一個最主要的原因就是LSC效率都不夠高。LSC的光學效率(外部量子效率，η_s,ext)是指LSC將入射到板上的太陽光子匯聚到板的邊緣的量子效率，它主要由發光材料對太陽光的吸收效率(η_s,abs)、發光材料的熒光量子效率(Φ_PL)和熒光光子波導傳輸效率(Φ_wg)決定。傳統的發光材料，比如有機染料分子，基本上無法同時滿足以上三個要素。具有高熒光效率的分子通常吸收在紫外和可見光區，無法有效地吸收太陽光中的近紅外和紅外光子(η_s,abs較低)；而近紅外的染料分子(η_s,abs較高)則幾乎不發熒光(Φ_PL較低)。另外，大部分有機染料分子的消光系數較小、且吸收光譜和發射光譜之間存在較大的重疊(斯托克斯位移不夠大)，導致發出的熒光光子在波導過程中由于重吸收損失掉(Φ_wg較低)。我們注意到，膠體量子點具備較高的消光系數、較寬的可調諧吸收和發射光譜以及出色的光穩定性和溶液法加工優點，目前已廣泛應用于LSC研究中。但不可避免地，量子點熒光材料仍然具有一定的自吸收和較低的量子效率，促使其LSCs存在效率提升瓶頸。本發明提出，利用近紅外量子點高效吸收太陽光子，并將能量通過Dexter能量轉移機制高效轉移給附近的磷光有機分子，有效地克服了量子點的自吸收損失；最后通過高效的磷光發射被LSC邊緣的太陽能電池收集轉化為電力。

我們設計并合成了碲化鎘(CdTe)近紅外量子點，并與能級匹配的磷光有機分子Pt-tetraphenyltetrabenzoporphyrin(Pt(tpbp))構建了異質結納米顆粒，通過計算得出，基于該體系的LSC可以實現～36％的內部量子效率和～9％的外部量子效率。該發明為今后發展基于量子點的高性能LSC提供了基礎，為最終實現商業化奠定了前提。

發明內容

本發明的目的在于，提供一種基于量子點-磷光有機分子雜化材料的高效太陽能聚光板，以解決太陽能聚光板效率偏低的技術問題。

所述的太陽能聚光板由量子點、磷光有機分子和聚合物混合而成的波導層組成。

所述的量子點組成可以為：元素周期表中第二副族的鋅、鎘或汞與第六主族的硫、硒或碲元素組成的化合物；磷化銦、硒化鉛、碲化鉛；以及三鹵素鈣鈦礦量子點(具有ABX₃結構，其中A＝Cs，CH₃NH₃，或CH(NH₂)₂；B＝Pb或Sn；X＝Cl,Br和I中的一種或兩種以上)；也可以是銅或錳元素摻雜(摻雜量在1-20％，元素摩爾比)的量子點。