CN109244183A - 太阳能荧光聚光器及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种太阳能荧光聚光器及其制备方法。本发明的太阳能荧光聚光器的制备方法，包括如下步骤：将量子点与聚合物溶液混合，形成量子点混合溶液；将量子点混合溶液涂覆在波导载体表面，形成量子点薄膜聚光器；将太阳能电池安装在量子点薄膜聚光器上，制得太阳能荧光聚光器。本发明的制备方法操作简单、成本低，利用该方法制备的太阳能荧光聚光器光电转化效率和稳定性优异。
Description
技术领域
本发明涉及一种聚光器，尤其是涉及一种太阳能荧光聚光器及其制备方法。
背景技术
太阳能荧光聚光器(Luminescence Solar Concentrator)是一种能够将光电转化效率低的太阳光转化为高量子效率的荧光，同时利用全反射原理将荧光传导到装置边缘的光学器件。在荧光聚光器边缘安装的太阳能电池，能够有效地吸收高强度的荧光，从而提高单位面积的太阳能电池的光电转换效率。
荧光聚光技术能够利用任意角度入射的太阳光，从而无需配置太阳跟踪装置。相对于普通的太阳能电池以及聚焦型和反光型的太阳光聚光技术，荧光聚光技术能够显著降低高效率的单晶硅等太阳能电池的发电成本。除此之外，荧光聚光器还具有制备工艺简单、质量轻便、透光度可以根据实际需要进行调节等优势，从而能够广泛应用于城市群的各个角落，例如窗户、屋顶、公交站台、公园等。
荧光聚光器通常包括荧光物质和光波导材料(即波导载体)，传统的荧光聚光器主要使用有机染料分子作为荧光物质，然而该荧光聚光器的光电转换效率较低，并且稳定性较差，主要原因包括：1)有机染料分子的吸收谱图较窄，不能有效吸收太阳光；2)有机染料分子的吸收与荧光谱图重合度较大，重吸收问题导致光电转换效率较低；3)有机染料分子的吸光指数较低，需要较高的浓度才能实现对太阳光的有效吸收，且光学稳定性不好，不利于户外的长期使用。
作为有机染料分子的优异替代材料，利用纳米粒子、特别是量子点材料制备太阳能荧光聚光器逐渐成为当前研究的热点。目前，通常通过将量子点与聚合物单体进行聚合的方式来制备荧光聚光器，该制备方式存在量子点易受到损害、不易分散及相容性差等问题，从而导致荧光聚光器内部缺陷较多，严重影响了其光电转换效率；此外，该方式制备的太阳能荧光聚光器仍然无法有效克服吸收谱图不能与太阳光谱有效重合、量子点所吸收的太阳光不能完全转化为荧光、部分量子点的荧光谱图和吸收谱图存在一定程度的重合导致重吸收等问题。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种太阳能荧光聚光器的制备方法，该制备方法具有操作简单、量子点不易受到损害、制备成本低等优势。
本发明的第二目的在于提供一种太阳能荧光聚光器，该太阳能荧光聚光器的吸收谱图能够实现与太阳光谱重合，太阳光能够最大限度地转化为荧光，且荧光谱图和吸收谱图相互不重合，太阳能荧光聚光器的光电转化效率和稳定性优异。
本发明提供的一种太阳能荧光聚光器的制备方法，包括如下步骤：
将量子点与聚合物溶液混合，形成量子点混合溶液；
将量子点混合溶液涂覆在波导载体表面，形成量子点薄膜聚光器；
将太阳能电池安装在量子点薄膜聚光器上，制得太阳能荧光聚光器。
本发明的制备方法利用量子点作为荧光物质，在与聚合物溶液混合均匀后，直接涂覆于玻璃、有机玻璃等波导载体表面，不仅操作简单、制备成本低，此外量子点可选范围广泛，该制备方法不易对量子点造成损害，有利于提高太阳能荧光聚光器的使用性能。
在本发明的制备方法中，可以理解的是，将量子点混合溶液涂覆在波导载体表面，能够在波导载体表面形成量子点薄膜；本发明对量子点薄膜的层数不作严格限制，可以根据实际需要合理设置。例如，可以在波导载体上依次形成两层以上不同的量子点薄膜，从而便于使太阳能荧光聚光器的吸收谱图最大程度地与太阳光谱有效重合，此时量子点能够最大程度地吸收太阳光。对形成两层以上不同量子点薄膜的方式不作严格限制，例如可以先在波导载体表面涂覆第一量子点混合溶液形成第一量子点薄膜，再在第一量子点薄膜表面涂覆第二量子点混合溶液形成第二量子点薄膜，或者将两个量子点薄膜聚光器的量子点薄膜叠合。
在一实施方式中，本发明的制备方法，在安装太阳能电池之前，可以先将两个所述量子点薄膜聚光器的量子点薄膜叠合，形成具有波导载体/量子点薄膜/波导载体结构的叠合量子点薄膜聚光器；随后，再将太阳能电池安装在叠合量子点薄膜聚光器上，制得太阳能荧光聚光器。
上述叠合量子点薄膜聚光器具有三明治结构，即上层和下层均为波导载体，中间层为量子点薄膜；对量子点薄膜聚光器的叠合方式不作严格限制，只要不对太阳能荧光聚光器的性能造成不利影响即可，例如可以通过透明的胶液使两个量子点薄膜聚光器的量子点薄膜层叠并粘结固定。上述方式能够进一步提高太阳能荧光聚光器的光电转化效率。
在本发明中，可以采用本领域常规的量子点，特别是可以选用光学性能好的量子点以提高太阳能荧光聚光器的光电转换效率。具体地，所述量子点可以选自C量子点、CdSe/CdS量子点和钙钛矿量子点中的至少一种；优选地，所述钙钛矿量子点可以选自CsPb(BrxX1-x)3中的至少一种，其中x为0.2-1，X为Cl或I；进一步地，所述钙钛矿量子点可以选自CsPb(Br0.8Cl0.2)3和CsPb(Br0.2I0.8)3中的至少一种。
在本发明中，对量子点混合溶液的制备方式不作严格限制，例如可以将量子点溶液与聚合物溶液混合均匀，形成量子点混合溶液；该方式便于量子点在聚合物中的均匀分布。
进一步地，所述量子点混合溶液中量子点的质量含量可以为1-15％；特别是，所述聚合物溶液中聚合物的质量含量可以为5-20％。上述质量含量范围有利于提高太阳能荧光聚光器的各项性能。试验结果表明：量子点混合溶液中量子点的质量含量过高(质量含量为20％以上，例如29％、37％等)会导致太阳能荧光聚光器性能不佳或变差。
本发明对聚合物溶液中的聚合物不作严格限制，只要便于使量子点分散溶解同时易于在波导载体上形成量子点薄膜即可；可以理解的是，水溶性量子点可以采用水溶性聚合物进行溶解，油溶性量子点可以采用油溶性聚合物进行溶解。
具体地，聚合物可以选自聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚苯乙烯(PS)和聚甲基丙烯酸十二烷基酯(PLMA)中的至少一种。
在本发明中，所述量子点薄膜聚光器的量子点薄膜的厚度可以设置为50-100μm；此外，所述波导载体可以为玻璃或有机玻璃；所述太阳能电池可以为硅基太阳能电池或薄膜型太阳能电池。
在本发明中，所述C量子点的平均粒径为2-6nm，优选为4nm左右；具有上述粒径参数的C量子点具有良好的吸收和荧光特性。特别是，所述C量子点可以是经NaOH改性的C量子点，从而有利于提高太阳能荧光聚光器的荧光量子产率。
在本发明中，可以采用水热法合成C量子点；具体地，C量子点的制备方法可以包括：
将柠檬酸和尿素溶于有机溶剂形成混合溶液，将所述混合溶液于150-170℃反应5-7h，随后分离纯化，得到所述C量子点。
进一步地，对所述C量子点进行NaOH改性的方法可以包括：
将C量子点置于NaOH溶液中，搅拌，随后分离纯化，得到经NaOH改性的C量子点。
其中，有机溶剂可以为二甲基甲酰胺(DMF)等；柠檬酸与尿素的质量比可以为1：(1.5-2.5)，柠檬酸与有机溶剂的质量体积比可以为1：(8-12)，即1g柠檬酸和1.5-2.5g尿素溶于8-12mL有机溶剂形成混合溶液。
进一步地，可以采用常规方式进行分离纯化，例如可以采用甲苯沉淀C量子点，再采用甲醇洗涤沉淀。
在一实施方式中，C量子点的制备方法包括：
将1g柠檬酸和2g尿素溶于10mL DMF形成混合溶液，将混合溶液于160℃反应6h，自然降温后，向反应产物中逐滴加入50mL甲苯，搅拌沉淀出碳量子点，沉淀物溶于60mL甲醇，在转速6000r/min下离心3min，得到C量子点；
将C量子点溶于20mL 50mg/mL的NaOH溶液中，搅拌1min，随后逐滴加入50mL甲苯，搅拌沉淀出C量子点，再将沉淀物溶于60mL甲醇，在转速6000r/min下离心1min，得到经NaOH改性的C量子点。
上述方法制备的C量子点有利于使太阳光最大限度地转化为荧光，且荧光谱图与吸收谱图的重合度低，荧光量子产率高，有利于提高太阳能荧光聚光器的光电转化效率和稳定性。由上述C量子点制备的太阳能荧光聚光器能够吸收300-550nm的紫外光，斯托克斯位移达250meV以上，荧光量子产率达40％以上。
在本发明中，所述CdSe/CdS量子点为球状核壳结构，其中CdSe核的粒径为3-4nm，CdS壳层的厚度为1-4nm；进一步地，所述CdSe/CdS量子点的平均粒径为9-15nm，优选为12nm。具有上述参数的CdSe/CdS量子点具有良好的吸收和荧光特性。
特别是，在220-260℃的温度条件下制备所述CdSe/CdS量子点(该温度具体为CdS壳层生长温度)；实验结果表明：在低于该温度条件下制备的CdSe/CdS量子点会导致太阳能荧光聚光器性能不佳或变差，例如：CdS壳层生长温度为200℃时，荧光量子效率仅为10％左右，外光光转换效率(External Optical Efficiency，简称为EOE)仅为0.9％左右。
进一步地，所述CdSe/CdS量子点的制备方法可以包括：
A)将Se溶液注入至油酸镉溶液中，反应1-10min，得到CdSe量子点；
B)对CdSe量子点溶液进行脱气，随后在保护气氛下升温至220-260℃，逐滴加入Cd(OA)2溶液，反应0.5-1.5h，再逐滴加入S溶液，反应5-15min；
C)重复上述步骤B)，直至形成一定厚度的CdS壳层，得到所述CdSe/CdS量子点。
其中，可以采用常规方式制备油酸镉溶液，例如可以将CdO溶液在100-120℃的保护气氛(例如氮气气氛)下净化20-40min，然后升温到280-320℃进行反应，得到油酸镉溶液；进一步地，CdO溶液可以由140-150mg CdO、1mL油酸和20-30mL十八烯混合形成。
此外，步骤A)中，Se溶液可以是TOP-Se与油胺(OLA)和十八碳烯(ODE)形成的混合溶液；其中，TOP-Se是通过将Se溶于三正辛基膦(TOP)中形成的，TOP-Se中Se的摩尔浓度可以为0.5-1.5mmol/mL；TOP-Se、OLA与ODE的体积比可以为(3-5)：(2-4)：1；步骤B)中，CdSe量子点溶液可以是CdSe量子点与OLA和ODE形成的混合溶液，其中OLA与ODE的体积比可以为1：(0.8-1.2)；步骤C)中，Cd(OA)2溶液可以是Cd(OA)2和ODE形成的混合溶液，Cd(OA)2溶液的摩尔浓度可以为0.1-0.3mol/L；S溶液可以是S和ODE形成的混合溶液，S溶液的摩尔浓度可以为0.1-0.3mol/L。
上述方法制备的CdSe/CdS量子点有利于使太阳光最大限度地转化为荧光，且荧光谱图和吸收谱图相互不重合，有利于提高太阳能荧光聚光器的光电转化效率和稳定性。由上述CdSe/CdS量子点制备的太阳能荧光聚光器能够吸收300-525nm的紫外光，斯托克斯位移达500meV以上，荧光量子产率达50％以上。
在本发明的具体方案中，所述钙钛矿量子点的粒径为11-14nm；具有上述参数的钙钛矿量子点具有良好的吸收和荧光特性。
进一步地，所述钙钛矿量子点的制备方法包括：
将Cs2CO3溶液加热溶解，随后在真空120-140℃的条件下反应0.5-1.5h，得到Cs溶液；
对卤化铅溶液进行脱气，随后在保护气氛下升温至120-140℃，反应1-5min，再升温至150-170℃，逐滴加入Cs溶液，反应1-10s，得到钙钛矿量子点。
其中，Cs2CO3溶液可以为Cs2CO3、OA和ODE混合形成的混合溶液；卤化铅溶液可以是卤化铅、正辛酸(OA)、OLA和ODE混合形成的混合溶液。
上述方法制备的钙钛矿量子点有利于使太阳光最大限度地转化为荧光，且荧光谱图和吸收谱图相互不重合，有利于提高太阳能荧光聚光器的光电转化效率和稳定性。由上述钙钛矿量子点制备的太阳能荧光聚光器能够吸收300-650nm的紫外光，斯托克斯位移达140meV以上，荧光量子产率达60％甚至70％以上。
本发明还提供一种太阳能荧光聚光器，按照上述任一所述的制备方法制得。
进一步地，所述太阳能荧光聚光器的吸收范围为300-650nm；所述太阳能荧光聚光器的斯托克斯位移>100meV。
与现有技术相比，本发明的有益效果至少包括：
1、本发明的制备方法利用量子点作为荧光物质，采用直接涂覆的方式在波导载体形成量子点薄膜，不仅操作简单、制备成本低，此外量子点可选范围广泛，该制备方法不易对量子点造成损害，有利于提高太阳能荧光聚光器的使用性能。
2、本发明的太阳能荧光聚光器的吸收谱图能够实现与太阳光谱重合，同时能够将太阳光最大限度地转化为荧光，并且荧光谱图和吸收谱图相互不重合，保证了太阳光的利用率，提高了太阳能荧光聚光器的光电转化效率和稳定性，有利于户外的长期稳定使用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1(a)为本发明实施例1制备的Na+改性C量子点的TEM图；图1(b)为本发明实施例1制备的Na+改性C量子点的粒径分布图；
图2为本发明实施例1制备的Na+改性C量子点在甲醇中和在PVP聚合物薄膜中的吸收和归一化PL光谱图；
图3(a)为本发明实施例1制备的LSCs在环境条件下经70h UV照射前后的吸收和归一化PL光谱图；图3(b)为本发明实施例1制备的C量子点经70h UV照射前后的PL衰变曲线；
图4(a)和图4(b)为本发明实施例2制备的CdSe/CdS量子点中CdSe核量子点的TEM图和其粒径分布图；图4(c)和图4(d)为本发明实施例2制备的CdSe/(CdS)13量子点的TEM图和其粒径分布图；图4(e)和图4(f)为本发明实施例3制备的CdSe/(CdS)15量子点的TEM图和其粒径分布图；
图5为本发明实施例2制备的CdSe/CdS量子点的吸收和归一化PL光谱图；
图6(a)为本发明实施例4制备的CsPb(Br0.8Cl0.2)3量子点的TEM图；图6(b)为本发明实施例5制备的CsPb(Br0.2I0.8)3量子点的TEM图；
图7(a)为本发明实施例4制备LSCs的吸收和归一化PL光谱图；图7(b)为本发明实施例5制备LSCs的吸收和归一化PL光谱图；
图8为本发明实施例4(基于CsPb(Br0.8Cl0.2)3量子点)制备的LSCs的吸收和归一化PL光谱图与CsPbBr3量子点的对比图；
图9(a)为本发明实施例4制备的CsPb(Br0.8Cl0.2)3量子点的PL衰变曲线；图9(b)为本发明实施例5制备的CsPb(Br0.2I0.8)3量子点的PL衰变曲线。
图10为本发明实施例3制备的太阳能荧光聚光器的结构示意图。
附图标记说明：
1：波导载体；2：量子点薄膜；3：量子点；4：太阳能电池。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
1、制备C量子点
本实施例采用水热法合成C量子点，具体步骤如下：
将1g柠檬酸和2g尿素溶于10mL DMF中形成混合溶液，将混合溶液于反应釜中160℃反应6h，自然降温；随后，向反应产物中逐滴加入50mL甲苯，搅拌沉淀出C量子点，将沉淀物溶于60mL甲醇，在转速6000r/min下离心3min，纯化得到C量子点。
随后，将上述C量子点溶于20mL 50mg/mL的NaOH溶液中搅拌1min，再逐滴加入50mL甲苯，搅拌沉淀出C量子点，将沉淀物溶于60mL甲醇，在转速6000r/min下离心1min，得到经Na+改性的C量子点。
对上述制备得到的Na+改性C量子点进行检测，结果见图1(a)、图1(b)和图2。
图1(a)、图1(b)结果表明：上述制得的Na+改性C量子点呈现均匀球形，结晶度良好，其平均粒径为3.91nm。
图2结果表明：上述制得的Na+改性C量子点可吸收300-550nm范围的光，在350nm处最大吸收强度为0.65，表明在该波长条件下量子点可吸收80％的紫外光；400-500nm范围内，最大吸收光强在460nm处，量子点可吸收该波长条件下50％的光；此外，斯托克斯位移为250meV，吸收与荧光谱图重合比较小。
2、制备碳量子点混合溶液
将PVP溶于甲醇中，制得浓度为200mg/mL的PVP甲醇溶液；
将上述制备的Na+改性C量子点溶于甲醇中，制得15mg/mL的C量子点甲醇溶液；
将上述PVP溶液与C量子点甲醇溶液混合均匀，制得C量子点混合溶液；其中，控制C量子点混合溶液中C量子点的质量含量为13％左右。
3、制备C量子点薄膜聚光器
将上述C量子点混合溶液以500r/min左右的速度旋涂在玻璃基底(即波导载体，尺寸为：10×10×0.2cm3)上，旋涂时间为1min左右，随后室温干燥固化，在玻璃基底上形成厚度为80μm左右的C量子点薄膜，即制得C量子点薄膜聚光器。
4、制备太阳能荧光聚光器
采用透明环氧树脂将10mm(长)×2mm(宽)的单晶硅太阳能电池以受光面面对聚光器的方式粘接在C量子点薄膜聚光器玻璃基底的侧面，制得太阳能荧光聚光器(简称为LSCs)。
利用太阳光模拟器、Newport 843-R功率计及Keysight 2900A源表对上述制备的太阳能荧光聚光器的各项性能进行检测。具体方法为：在标准太阳光下(100mW/cm2)，功率计探头直接与未连接太阳能电池的聚光器侧面接触，探测输出光强，利用公式η＝Pout/Pin，计算得到聚光器的光光转换效率，其中Pin和Pout分别是聚光器的入射功率强度和聚光器侧面的输出功率强度；太阳能荧光聚光器的性能检测结果见表1和图3(a)、图3(b)。
图3(a)、图3(b)结果表明：上述制备的太阳能荧光聚光器具有很好的稳定性，紫外光照射70h后荧光强度仍保持初始值的50％，而吸收特性没有变化，寿命由7ns将到5ns，表明上述制备的Na+改性C量子点在紫外光下结构稳定，荧光强度的降低可能是由于表面缺陷引起的荧光淬灭导致的。
实施例2
1、制备CdSe/CdS量子点
本实施例先采用热注射法合成CdSe量子点，然后采用连续离子层吸附反应制备CdS壳层，具体步骤如下：
(1)将146mg CdO、1mL油酸和24mL十八烯(ODE)混合均匀形成混合溶液；将混合溶液于110℃通氮气净化30min，然后升温至300℃，得到油酸镉溶液。
(2)将4mmol Se溶于4mL TOP中，制得TOP-Se溶液；将上述TOP-Se溶液与3mL OLA和1mL ODE混合均匀形成混合溶液，将该混合溶液快速注入到上述油酸镉溶液中，反应5min后冷却，得到CdSe量子点。
(3)向三口烧瓶中分别加入5mL OLA、5mL ODE和上述制备的CdSe量子点，于110℃脱气30min，再通入氮气并升温到240℃。
(4)将Cd(OA)2和S各自溶于ODE中，分别制得0.2M的Cd(OA)2溶液和0.2M的S溶液；向上述升温至240℃的CdSe量子点溶液中逐滴加入0.25mL Cd(OA)2溶液，反应1h，然后逐滴加入0.25mL S溶液，反应10min。
(5)重复上述步骤(4)继续生长CdS壳层，其中第1-13层每层加入的Cd(OA)2溶液和S溶液的体积分别为0.25mL、0.36mL、0.49mL、0.63mL、0.8mL、0.98mL、1.18mL、1.41mL、1.66mL、1.92mL、2.2mL、2.51mL和2.8mL得到CdSe/CdS量子点(即CdSe/(CdS)13量子点)。
对制备得到的CdSe/CdS量子点进行检测，结果见图4(a)至图4(d)和图5。
图4(a)至图4(d)结果表明：上述制得的CdSe/CdS量子点为球状核壳结构，平均粒径为10.57nm，其中CdSe核的粒径为3.3nm，CdS壳层的厚度为3.6nm。
图5结果表明：上述制得的CdSe/CdS核壳结构量子点的吸收光谱在300-525nm范围内，斯托克斯位移为500meV，吸收和荧光光谱不重合，因此能够有效地降低量子点的重吸收，且随壳层厚度增加，吸收和荧光强度均增大。
2、制备CdSe/CdS量子点混合溶液
将PS溶于甲苯中，制得浓度为15mg/mL的PS溶液；
将上述制备的CdSe/CdS量子点与PS溶液混合均匀，制得CdSe/CdS量子点混合溶液；其中，CdSe/CdS量子点混合溶液中CdSe/CdS量子点的质量含量为5％左右。
3、制备CdSe/CdS量子点薄膜聚光器
将上述CdSe/CdS量子点混合溶液以100r/min左右的速度在玻璃基底(尺寸为：10×10×0.4cm3)上旋涂10s，随后以200r/min左右的速度继续旋涂60s，室温干燥固化，在有机玻璃基底上形成厚度为50μm左右的CdSe/CdS量子点薄膜，即制得CdSe/CdS量子点薄膜聚光器。
4、制备太阳能荧光聚光器
采用透明环氧树脂将10mm(长)×2mm(宽)的单晶硅太阳能电池以受光面面对聚光器的方式粘接在CdSe/CdS量子点薄膜聚光器的有机玻璃基底的侧面，制得太阳能荧光聚光器(简称为LSCs)。
采用实施例1方法对上述制备的太阳能荧光聚光器的各项性能进行检测，检测结果见表1。
实施例3
1、制备CdSe/CdS量子点薄膜聚光器
除制备CdSe/CdS量子点步骤中，重复步骤(4)继续生长CdS壳层时，第14-15层每层加入的Cd(OA)2溶液和S溶液的体积分别为3.2mL和3.6mL(第1-13层与实施例2相同)，得到CdSe/CdS量子点(即CdSe/(CdS)15量子点)之外，其他与实施例2相同，制得CdSe/CdS量子点薄膜聚光器。
对制备得到的CdSe/CdS量子点进行检测，结果见图4(e)、图4(f)和图5。
图4(e)、图4(f)结果表明：上述制得的CdSe/CdS量子点为球状核壳结构，平均粒径为12.14nm，其中CdSe核的粒径为3.3nm，CdS壳层的厚度为4.4nm。
图5结果表明：量子点可吸收300-525nm范围的光，斯托克斯位移为500meV，吸收和荧光谱图不重合。
2、制备太阳能荧光聚光器
将上述制备的两个CdSe/CdS量子点薄膜聚光器的量子点薄膜叠合并以透明胶液固定，形成具有波导载体/量子点薄膜/波导载体三明治结构的叠合量子点薄膜聚光器。
采用透明环氧树脂将适宜尺寸的单晶硅太阳能电池以受光面面对聚光器的方式粘接在叠合量子点薄膜聚光器的有机玻璃基底的侧面，制得太阳能荧光聚光器(简称为LSCs)。
如图10所示，太阳能荧光聚光器的上层和下层均为波导载体1，中间层由量子点薄膜2叠合而成，量子点3均匀分布在量子点薄膜2中，太阳能电池4固定在波导载体1的侧面。
采用实施例1方法对上述制备的太阳能荧光聚光器的各项性能进行检测，检测结果见表1。
实施例4
1、制备CsPb(Br0.8Cl0.2)3量子点
本实施例采用热注射法合成钙钛矿量子点，具体步骤如下：
将0.6mL OA、0.2g Cs2CO3和7.5mL ODE混合形成混合溶液，将该混合溶液在200℃下加热溶解，然后真空、130℃条件下反应1h，得到Cs-oleate溶液。
将2mL OA、2mL OLA、20mL ODE、235mg PbBr2和44mg PbCl2混合形成混合溶液，在100℃对该混合溶液脱气30min，随后通入氮气并升温到130℃，反应3min，再升温到160℃，逐滴加入2mL上述制备的Cs-oleate溶液，反应5s，冷水浴快速降温，得到CsPb(Br0.8Cl0.2)3量子点。
对制备得到的CsPb(Br0.8Cl0.2)3量子点进行检测，结果见图6(a)；图6(a)结果表明：CsPb(Br0.8Cl0.2)3量子点呈立方形貌，边长为11-14nm。
2、制备CsPb(Br0.8Cl0.2)3量子点混合溶液
将35mg(2,4,6-三甲基本甲酰基)二苯基氧化膦溶于10mL甲基丙烯酸十二酯，加入1.5mL乙二醇二甲基丙烯酸酯，制得浓度为3mg/mL的PLMA溶液；
将上述PLMA溶液与CsPb(Br0.8Cl0.2)3量子点混合均匀，制得CsPb(Br0.8Cl0.2)3量子点混合溶液；其中，CsPb(Br0.8Cl0.2)3量子点混合溶液中CsPb(Br0.8Cl0.2)3量子点的质量含量为1％左右。
3、制备CsPb(Br0.8Cl0.2)3量子点薄膜聚光器
将上述CsPb(Br0.8Cl0.2)3量子点混合溶液以500r/min左右的速度旋涂在玻璃基底(尺寸为：10×10×0.2cm3)上，旋涂时间为1min左右，随后室温干燥固化，在玻璃基底上形成厚度为100μm左右的CsPb(Br0.8Cl0.2)3量子点薄膜，即制得CsPb(Br0.8Cl0.2)3量子点薄膜聚光器。
4、制备太阳能荧光聚光器
采用透明环氧树脂将10mm(长)×2mm(宽)的单晶硅太阳能电池以受光面面对聚光器的方式粘接在CsPb(Br0.8Cl0.2)3量子点薄膜聚光器的玻璃基底的侧面，制得太阳能荧光聚光器(简称为LSCs)。
采用实施例1方法对上述制备的量子点的各项性能进行检测，检测结果见图7(a)、图8和图9(a)。
图7(a)结果表明：CsPb(Br0.8Cl0.2)3量子点可吸收300-500nm范围的光，其荧光量子产率为70％左右；图8结果表明：相比于纯CsPbBr3量子点，杂化的CsPb(Br0.8Cl0.2)3量子点的斯托克斯位移为170meV，提高了1.5倍；图9(a)结果表明：量子点在薄膜中的荧光寿命和在溶液中的寿命相同，制成薄膜后仍保持初始的量子产率。
采用实施例1方法对上述制备的太阳能荧光聚光器的各项性能进行检测，检测结果见表1。
实施例5
1、制备CsPb(Br0.2I0.8)3量子点
本实施例采用热注射法合成钙钛矿量子点，具体步骤如下：
将0.6mL OA、0.2g Cs2CO3和7.5mL ODE混合形成混合溶液，将该混合溶液在200℃下加热溶解，然后真空、130℃条件下反应1h，得到Cs-oleate溶液。
将2mL OA、2mL OLA、20mL ODE、59mg PbBr2和295mg PbI2混合形成混合溶液，在100℃对该混合溶液脱气30min，随后通入氮气并升温到130℃，反应30min，再升温到160℃，逐滴加入2mL上述制备的Cs-oleate溶液，反应5s，利用水浴快速降温，得到CsPb(Br0.2I0.8)3量子点。
对制备得到的CsPb(Br0.2I0.8)3量子点进行检测，结果见图6(b)；图6(b)结果表明：CsPb(Br0.2I0.8)3量子点呈立方形貌，边长为11-14nm。。
2、制备CsPb(Br0.2I0.8)3量子点混合溶液
将35mg(2,4,6-三甲基本甲酰基)二苯基氧化膦溶于10mL甲基丙烯酸十二酯，加入1.5mL乙二醇二甲基丙烯酸酯，制得浓度为3mg/mL的PLMA溶液；
将上述PLMA溶液与CsPb(Br0.2I0.8)3量子点混合均匀，制得CsPb(Br0.2I0.8)3量子点混合溶液；其中，CsPb(Br0.2I0.8)3量子点混合溶液中CsPb(Br0.2I0.8)3量子点的质量含量为1％左右。
3、制备CsPb(Br0.2I0.8)3量子点薄膜聚光器
将上述CsPb(Br0.2I0.8)3量子点混合溶液以500r/min左右的速度旋涂在玻璃基底(尺寸为：10×10×0.2cm3)上，旋涂时间为1min左右，随后室温干燥固化，在玻璃基底上形成厚度为100μm左右的CsPb(Br0.2I0.8)3量子点薄膜，即制得CsPb(Br0.2I0.8)3量子点薄膜聚光器。
4、制备太阳能荧光聚光器
采用环氧树脂将10mm(长)×2mm(宽)的单晶硅太阳能电池以受光面面对聚光器的方式粘接在CsPb(Br0.2I0.8)3量子点薄膜聚光器的玻璃基底的侧面，制得太阳能荧光聚光器(简称为LSCs)。
采用实施例1方法对上述制备的量子点的各项性能进行检测，检测结果见图7(b)、图9(b)。
图7(b)结果表明：CsPb(Br0.2I0.8)3量子点薄膜吸收光谱范围为300-650nm，其荧光量子产率为60％左右；图9(b)结果表明：量子点在薄膜中的荧光寿命和在溶液中的寿命相同，制成薄膜后仍保持初始的量子产率。
采用实施例1方法对制备的太阳能荧光聚光器的各项性能进行检测，检测结果见表1。
对照例1
采用实施例3的CdSe/CdS量子点，按照现有方法制备太阳能荧光聚光器，具体为：
取0.05wt％的AIBN于烧杯中，加入20mL MMA单体，并加入3mL1mg/mL的量子点正己烷溶液，经超声震荡和搅拌后，将混合溶液转移至三口烧瓶中，氩气环境下80℃加热24h，冷水浴中冷却至室温，取出粘稠液迅速倒入模具中，静置10min，然后转移至55℃烘箱中恒温48h，随后继续升温至115℃恒温12h，自然冷却至室温。最后，从模具中取出包含量子点及PMMA聚合物的复合样品，经切割、抛光、清洗、干燥等流程后，制得平面荧光聚光器。
表1各太阳能荧光聚光器LSCs的性能检测结果(受光面尺寸10*10cm2)
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种太阳能荧光聚光器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
将量子点与聚合物溶液混合，形成量子点混合溶液；
将量子点混合溶液涂覆在波导载体表面，形成量子点薄膜聚光器；
将太阳能电池安装在量子点薄膜聚光器上，制得太阳能荧光聚光器。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在安装太阳能电池之前，先将两个所述量子点薄膜聚光器的量子点薄膜叠合，形成具有波导载体/量子点薄膜/波导载体结构的叠合量子点薄膜聚光器；随后，再将太阳能电池安装在叠合量子点薄膜聚光器上，制得太阳能荧光聚光器。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述量子点选自C量子点、CdSe/CdS量子点和钙钛矿量子点中的至少一种；
优选地，所述钙钛矿量子点选自CsPb(BrxX1-x)3中的至少一种，其中x为0.2-1，X为Cl或I；
优选地，所述钙钛矿量子点选自CsPbBr3量子点、CsPb(Br0.8Cl0.2)3和CsPb(Br0.2I0.8)3中的至少一种。
4.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述量子点混合溶液中量子点的质量含量为1-15％；
优选地，所述聚合物溶液中聚合物的质量含量为5-20％。
5.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述聚合物选自聚乙烯吡咯烷酮、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯和聚甲基丙烯酸十二烷基酯中的至少一种；
优选地，所述波导载体为玻璃或有机玻璃；
优选地，所述太阳能电池为硅基太阳能电池或薄膜型太阳能电池。
6.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述量子点薄膜聚光器的量子点薄膜的厚度为50-100μm。
7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述C量子点的平均粒径为2-6nm，优选为4nm；
优选地，所述C量子点为经NaOH改性的C量子点；
优选地，所述C量子点的制备方法包括：
将柠檬酸和尿素溶于有机溶剂形成混合溶液，将所述混合溶液于150-170℃反应5-7h，随后分离纯化，得到C量子点；
优选地，对所述C量子点进行NaOH改性的方法包括：
将C量子点置于NaOH溶液中，搅拌，随后分离纯化，得到经NaOH改性的C量子点。
8.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述CdSe/CdS量子点为球状核壳结构，其中CdSe核的粒径为3-4nm，CdS壳层的厚度为1-4nm；
优选地，所述CdSe/CdS量子点的平均粒径为9-15nm，优选为12nm；
优选地，在220-260℃的温度条件下制备所述CdSe/CdS量子点；
优选地，所述CdSe/CdS量子点的制备方法包括：
A)将Se溶液注入至油酸镉溶液中，反应1-10min，得到CdSe量子点；
B)对CdSe量子点溶液进行脱气，随后在保护气氛下升温至220-260℃，逐滴加入Cd(OA)2溶液，反应0.5-1.5h，再逐滴加入S溶液，反应5-15min；
C)重复上述步骤B)，直至形成一定厚度的CdS壳层，得到所述CdSe/CdS量子点。
9.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述钙钛矿量子点的平均粒径为11-14nm；
优选地，所述钙钛矿量子点的制备方法包括：
将Cs2CO3溶液加热溶解，随后在真空、120-140℃的条件下反应0.5-1.5h，得到Cs溶液；
对卤化铅溶液进行脱气，随后在保护气氛下升温至120-140℃，反应1-5min，再升温至150-170℃，逐滴加入Cs溶液，反应1-10s，得到钙钛矿量子点。
10.一种太阳能荧光聚光器，其特征在于，按照权利要求1至9任一所述的制备方法制得；
优选地，所述太阳能荧光聚光器的吸收范围为300-650nm；所述太阳能荧光聚光器的斯托克斯位移>100meV。
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