基于CsPbBr_(3)纳米晶掺杂硫醇-烯聚合物的荧光太阳集光器制备及集光性能

荧光太阳集光器在光伏建筑一体化方面的潜在应用受到了广泛关注。本文采用CsPbBr_(3)纳米晶作为集光器的发光中心,采用硫醇-烯聚合物作为集光器的透明光波导基质。通过荧光发射谱、吸收谱以及荧光寿命谱等对集光性能进行研究,发现将CsPbBr_(3)纳米晶掺入硫醇-烯聚合物后,发光峰位蓝移了11 nm、半高宽展宽了20.4 nm,这可归因于硫醇-烯聚合物基质的介电约束效应。同时,硫醇-烯聚合物基质大幅提高了CsPbBr_(3)纳米晶的发光稳定性。当CsPbBr_(3)纳米晶在硫醇-烯聚合物基质中的掺杂浓度为5.6%时,荧光太阳集光器的集光效率可达8.9%。采用商用的多晶硅太阳能电池耦合在荧光太阳集光器的边缘,在标准AM1.5的太阳光照条件下,器件开路电压为0.47 V,短路电流密度为7.14 mA/cm ^(2),填充因子为24.01%,光电转换效率为2.30%。

基于钙钛矿量子点/染料的夹层型高效率荧光太阳能集光器

构建多节结构是扩大荧光吸收和发射光谱的有效技术,进而提升荧光太阳能集光器的效率。本研究使用CTAB作为配体修饰的CsPbBr_(3)量子点、染料Yellow083、染料Red305作为荧光材料,EVA作为聚合物波导材料制备钙钛矿量子点/染料的夹层结构的荧光太阳能集光器。通过设计单夹层/多夹层结构可以起到扩大吸收光谱、提高光学效率、增加荧光材料稳定性、降低荧光物质毒性风险以及保护环境的作用。以CTAB作为配体修饰的CsPbBr_(3)量子点、染料Yellow083和染料Red305分别作为荧光材料的单夹层荧光太阳能集光器的外部光学效率(η_(opt))分别可以达到4.50%、4.86%以及10.92%。以CTAB作为配体修饰的CsPbBr_(3)量子点/染料Yellow083、染料Red305单层荧光太阳能集光器组合形成的双夹层结构的外部光学效率(η_(opt))分别可以达到6.04%和11.32%。我们进一步对3种荧光材料组合形成的三夹层荧光太阳能集光器进行JV测试,得到其η_(opt)可以达到11.95%,本研究也为制备钙钛矿量子点/染料的多夹层的荧光太阳能集光器提供了一种新思路。

Ce^(3+)掺杂CsPbBr_(3)纳米晶的制备与性能

采用热注入法制备Ce^(3+)掺杂CsPbBr_(3)纳米晶,利用XRD、TEM、XPS、UV-Vis、PL、Time-resolved fluorescence spectroscopy、J-V曲线测试等对样品的晶体结构、微观形貌、化学组成、光吸收性能、发光性能、荧光寿命和荧光太阳能集光器(LSC)的光学效率进行表征。实验结果表明:采用热注入法成功制备出分散性良好、平均晶粒大小为12.26 nm的立方相Ce^(3+)掺杂CsPbBr_(3)纳米晶。Ce^(3+)掺杂CsPbBr_(3)纳米晶的光学带隙和荧光发射峰强度随着Ce/Pb摩尔比的增加呈现先增大后减小的变化趋势,当n(Ce)/n(Pb)=0.25时,光学带隙达到最大为2.416 eV,发光强度最强,荧光发射峰由纯CsPbBr_(3)纳米晶的515 nm蓝移到510 nm,Ce^(3+)掺杂CsPbBr_(3)纳米晶的发光性能与稳定性均得到增强。Ce^(3+)掺杂CsPbBr_(3)纳米晶与聚苯乙烯溶液制备复合薄膜型LSC器件的光学效率η_(opt)最高达到6.81%。