[發明專利]一種基于碳量子點的熒光太陽集光器的制備方法

有效

• 申請號: 201910170458.4
• 申請日: 2019-03-07
• 公開（公告）號: CN109904270B
• 公開（公告）日: 2020-11-20
• 發明（設計）人: 束俊鵬;張曉偉;張涵;車錦銘;陳若望;陳凱旗;張碧瑩
• 申請（專利權）人: 寧波大學
• 主分類號: H01L31/055
• 分類號: H01L31/055;C09K11/65;B82Y20/00;B82Y40/00
• 代理公司: 寧波奧圣專利代理事務所(普通合伙) 33226
• 代理人: 何仲

本發明公開了一種基于碳量子點的熒光太陽集光器的制備方法，特點是包括以下步驟：（1）通過水熱分解法制備不同尺寸碳量子點；（2）將碳量子點和光引發劑溶于由甲基丙烷酸月桂酯和二甲基丙烯酸乙二醇酯混合而成的混合液中，將混合溶液超聲處理3?5min并于旋渦混合器上混合振蕩1?3min后，放入真空環境中干燥處理2?4h，再于50?70℃下水浴恒溫加熱20?40min，然后將混合溶液倒入自制玻璃模具中，在真空干燥箱中抽氣2?4h后，采用水浴加熱法或紫外光燈照射進行固化，固化脫模后，再經過切割、拋光工藝即可，優點是可有效降低重吸收損耗，器件集光效率大幅提升、成本低、生物兼容性好以及器件的光穩定性好。

技術領域

本發明屬于光電發光技術領域，尤其涉及一種基于碳量子點的熒光太陽集光器的制備方法。

背景技術

傳統的光聚集器主要由反光鏡和凸透鏡陣列構成。雖然結構簡單，但是經過長時間日照，傳統的光聚集器會產生明顯的熱效應，極大地影響光伏器件的使用壽命，因此需要配備一套冷卻系統降低熱效應的影響。同時，由于太陽光入射角度不斷改變，因此需要一套對日追蹤系統實時追蹤入射太陽光。冷卻系統與對日追蹤系統的使用極大增加了傳統光聚集器的使用成本和鋪設場地。一方面光聚集器能夠有效提高太陽能電池的光電轉換效率；另一方面傳統光聚集器的配套裝置和設備無法有效降低太陽能電池的單位發電成本。

現有的基于量子點的熒光太陽集光器的設計方法，一般通過在高折射率透明聚合物光波導中摻入高性能熒光發光量子點材料，利用聚合物基質良好的透光性和較高的光學折射率，便可實現太陽光的有效收集。具體說來，熒光太陽集光原型器件中的量子點可作為熒光發光中心，有效吸收入射太陽光后重新發出熒光，在透明光波導內經過多次全反射后，最終到達安裝在側面的太陽能電池面板上。應用熒光太陽集光器可以實現大面積太陽光聚集到小面積太陽能電池面板的目的。相比于傳統光聚集器，熒光太陽集光器具有許多明顯優勢：（1）熒光太陽集光器不僅可以吸收直射光，還能夠吸收散射光，同時不需要安裝昂貴、復雜的入射太陽光追蹤系統；（2）沒有明顯的熱效應，因此不需要安裝配套的冷卻系統；（3）廉價的聚合物基質大面積取代價格昂貴的太陽能電池，顯著降低光伏產業成本；（4）聚合物基質具有性能卓越的柔性特征，因此熒光太陽集光器能夠很好地兼容于建筑物，可廣泛應用于玻璃幕墻、隔離墻等表面。

選取高性能的發光中心材料對于提高熒光太陽集光器的光學收集效率至關重要。良好的發光中心應該具備近乎100%的發光量子產率、寬光譜吸收、大的斯托克斯位移以及較好的化學-光穩定性等特點。目前，廣泛使用的量子點發光中心具有以下的問題：（1）發光性能良好的無機量子點硫化鎘、硫化鉛等，由于鎘、鉛是重金屬，具有較大的毒性，大大限制了其使用范圍；（2）銅銦硒硫量子點和硅量子點含有少量毒性，同時其合成過程中使用的有機溶劑含有較高毒性；（3）全無機鈣鈦礦量子點的光-化學穩定性較差，接觸氧氣、水和光照后，會大大降低全無機鈣鈦礦量子點的光學性能。以摻雜碘離子的無機鈣鈦礦量子點為例，在室溫條件下，在1個標準太陽光強度照射下，經過一周時間后，無機鈣鈦礦量子點在640nm處的特征發光峰幾乎完全消失；（4）其他的傳統膠體無機量子點通常合成過程復雜且發光量子產率比較低（20%），無法滿足高效量子點熒光太陽集光器的應用需要。綜上所述，現存的量子點熒光太陽集光器中存在環境兼容性差、重吸收率高、光穩定性差等技術問題。碳量子點是一種新型的無毒半導體納米材料，可以通過簡單的水熱分解法，使用豐富的、廉價的前體材料，來實現規?；a。除了成本低廉易于批量化生產外。碳量子點還具有額外的諸多優點，如良好的生物兼容性、高的發光量子產率、優異的光-化學穩定性和良好的水溶性等。目前，國內外還沒有公開任何關于基于水熱分解法大批量生產碳量子點，進而獲得碳量子點摻雜熒光太陽集光器的制備方法的相關研究報道。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種可有效降低重吸收損耗，器件集光效率大幅提升，光穩定性好的基于碳量子點的熒光太陽集光器的制備方法。

本發明解決上述技術問題所采用的技術方案為：一種基于碳量子點的熒光太陽集光器的制備方法，包括以下步驟：