【摘要】：太陽能熒光集光器(LSC)是一種新型的聚光器件,它用大面積廉價(jià)的材料來代替?zhèn)鹘y(tǒng)聚光器件,減少昂貴的太陽能電池的使用面積,無需安裝追蹤裝置和冷卻系統(tǒng),因此可降低光伏發(fā)電成本,且有望用于光伏建筑一體化(BIPV)。以前,有機(jī)染料經(jīng)常作為熒光材料用于LSC中,但它們存在自吸收嚴(yán)重、穩(wěn)定性差且成本高等缺點(diǎn),導(dǎo)致LSC的效率不高。近年來,穩(wěn)定性好、自吸收弱且熒光量子效率高的半導(dǎo)體量子點(diǎn)逐漸受到人們的關(guān)注。為了提高LSC的性價(jià)比,本文采用一步微波法制備了低毒的平均尺寸為2.8nm的氮摻雜碳量子點(diǎn)(N-CDs),將其作為熒光材料用于LSC中,聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)作為基質(zhì)材料,制備了摻有N-CDs的塊體型LSC,同時(shí)利用旋涂鍍膜法制備了摻有N-CDs的薄膜型LSC,研究了N-CDs不同的摻入濃度對(duì)光波導(dǎo)材料光學(xué)性能和LSC的光電性能的影響。主要的研究結(jié)果如下:(1)利用一步微波法得到的N-CDs分散性好,粒徑分布窄,平均尺寸為2.8±0.2 nm。表面由于羥基、羧基等親水基團(tuán)的存在,故其有很好的水溶性,且強(qiáng)供電子基團(tuán)(如羥基、氨基等)能有效提高N-CDs的熒光發(fā)射強(qiáng)度。另外,N-CDs對(duì)300-600 nm范圍內(nèi)的光均有吸收,吸收峰大概位于350 nm處。通過熒光發(fā)射光譜的測(cè)量,N-CDs表現(xiàn)出很好的激發(fā)波長(zhǎng)依賴性。(2)對(duì)于摻入N-CDs的塊體型LSC,調(diào)整N-CDs的摻入濃度(0 wt%、0.02wt%、0.04 wt%、0.08 wt%),隨著N-CDs摻入濃度的提高,樣品的吸收強(qiáng)度增加且吸收峰出現(xiàn)了紅移(從344 nm增加到359 nm),同時(shí)樣品的熒光強(qiáng)度增加,熒光發(fā)射峰出現(xiàn)紅移。當(dāng)N-CDs摻入濃度為0.08 wt%時(shí),LSC的光電流密度J_(sc)、開路電壓V_(oc)、光學(xué)效率η_(opt)、填充因子FF和功率轉(zhuǎn)換效率η的值分別為9.29mA/cm~2,0.47 V,12.23%,60.72%和2.63%。(3)對(duì)于摻入N-CDs的薄膜型LSC,調(diào)整N-CDs的摻入濃度(0 wt%、0.1wt%、0.3 wt%、0.5 wt%)和薄膜厚度,隨著N-CDs摻入濃度和薄膜厚度的增加,N-CDs/PMMA復(fù)合薄膜對(duì)光的吸收增加。對(duì)于N-CDs低摻入濃度(如0.1 wt%)而言,N-CDs/PMMA復(fù)合薄膜的熒光強(qiáng)度及所制得的薄膜型LSC的效率均隨著膜厚的增加而增加;而對(duì)于N-CDs高摻入濃度(如0.3 wt%、0.5 wt%)而言,N-CDs/PMMA復(fù)合薄膜的熒光強(qiáng)度及所制得的薄膜型LSC的效率均是隨著膜厚的增加呈現(xiàn)出先增加后降低的趨勢(shì)。對(duì)本次實(shí)驗(yàn)而言,N-CDs摻雜濃度為0.3 wt%,厚度為6.67μm的N-CDs/PMMA復(fù)合薄膜制備所得的LSC獲得最大光電轉(zhuǎn)換效率η為3.94%。最后,穩(wěn)定性測(cè)試表明,將樣品置于室外四個(gè)月,發(fā)現(xiàn)熒光強(qiáng)度也只下降了29%,光學(xué)效率也僅僅下降了22%。
【圖文】：

為了降低光伏發(fā)電的成本，如何能簡(jiǎn)單有效地收集太陽光是問題的關(guān)鍵所在，此時(shí)，聚光型光伏發(fā)電技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，它的原理是讓大面積太陽光經(jīng)過不同途徑聚集在小面積太陽能電池上，通過提高太陽能電池單位面積的光強(qiáng)、減少其使用面積來減少發(fā)電成本。通過聚光方式的不同一般可以分為物理聚光和熒光聚光。1.2.1 物理型太陽能集光器物理型太陽能集光器是將太陽光通過反射鏡或透鏡聚集到面積很小的太陽能電池上，提高光能密度，同時(shí)減少了電池用量，達(dá)到降低成本的目的[7,8]。物理型太陽能集光器一般由光學(xué)聚光系統(tǒng)、太陽能電池和太陽跟蹤器等組成，按其聚光的方法可分成反射式集光器和折射式集光器[9,10]。圖 1-1a 為傳統(tǒng)的反射式集光器的結(jié)構(gòu)示意圖，利用凹面鏡將太陽光會(huì)聚于焦點(diǎn)，再通過另一個(gè)反射鏡將光再反射到高效率太陽能電池上，反射式聚光系統(tǒng)的實(shí)物圖如圖 1-1b 所示。

圖 1-2 折射式太陽能集光器結(jié)構(gòu)示意圖集光器的發(fā)電量為該電池在一般光照條件下配復(fù)雜的太陽跟蹤裝置，，這樣就使得太陽能陽輻射中有約 40%不能被太陽能電池所吸收到太陽能電池上，加劇了太陽能電池的熱效下降，這就導(dǎo)致了物理聚光系統(tǒng)中太陽能電理型太陽能集光器能讓電池單位面積的輸出太陽跟蹤裝置和冷卻裝置，導(dǎo)致光伏發(fā)電成廣泛使用[11]。光集光器能熒光集光器的工作原理
【學(xué)位授予單位】：武漢理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TB383.2;TH74

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本文編號(hào)：2647392