利用碳量子点VAE复合层来调制太阳能光谱并提升光伏组件的转换效率-吕铁铮-solarbe文库

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利用碳量子点 /VAE薄膜调制太阳光谱及其光伏发电的应用湖南大学吕铁铮 2018/11/10 目录 光伏发电介绍及光伏组件结构 碳量子点的光学特性 高荧光量子效率碳量子点的合成 碳量子点在光伏组件层的应用 总结光伏发电介绍及前景预测利用光电转换效应，直接将太阳光转变为电能是目前已经在大规模使用的一种新能源且未来市场容量巨大光伏组件的结构实为一种电子器件的封装结构，要求满足户外严格条件下 25年使用寿命玻璃透光及防破损 EVA 透光及粘结背板绝缘及防破损电池真正的发电单元无论晶硅，或者钙钛矿组件，都需要封装晶硅电池吸收了太阳光谱的紫外可见部分但是紫外辐射对很多有机封装材料 EVA,背板）都有不可逆转的损害，降低了太阳能光伏组件的使用寿命光伏组件 EVA中含有紫外吸收剂，实际上降低了太阳光谱的紫外利用率，因此从电池到组件有一个所谓的封装损失 CTM损失下转换材料下转换材料是一种接受紫外光后，会发射出可见光的材料，可在紫外光被电池表面吸收之前将其转换成可见光，提升器件在紫外波段的光谱响应能力，提高太阳能电池光伏组件的稳定性。传统的下转换材料  有机发光分子制备工艺和提纯过程困难、费时  半导体量子点如 CdSe 含有毒的金属离子，对环境不友好  稀土有机配合物含有稀有金属成分，往往成本较高。 6 图 2 下转换技术的工作原理图 7 合成与制备  碳量子点主要采用水热法合成  碳源柠檬酸、葡萄糖等  钝化 N， S， B等元素  提纯萃取、透析优点  碳源广泛  尺寸可控  环境友好  发光稳定碳量子点作为一种新型的发光材料具有很强的紫外吸收特性荧光性能，在溶液环境下，荧光量子效率可达 80，接近传统的荧光粉发光效率，通常作为生物荧光标识图 3 CQDs溶液难点 1.制备具有高量子效率的固态碳量子点薄膜 2.CQDs本身具有亲水性，很难均匀分散在 EVA等有机体系中碳量子点 /VAE薄膜的制备硅烷化乳液化胺基硅烷偶联剂与柠檬酸水热反应形成所谓的硅烷化碳量子点，或者也可以称为含有碳量子点的硅烷偶联剂硅烷化量子点与 VAE水溶性乳液混合实现 CQDs 与基质的共价键连接 ,分子水平分散和任意浓度掺杂，获取一系列均质碳量子点杂化复合材料及薄膜硅烷化碳量子点的 TEM及 XPS测量碳量子点尺寸 3-6nm， XPS 显示硅烷化碳点主要由 C63.21, O 20.82 and Si 3.54, N 12.43组成 12 碳量子点 /VAE薄膜在光伏组件上的应用玻璃 EVA （透明有机材料）电池片背板（有机材料）将碳量子点与 VAE乳液均匀混合，喷涂在玻璃的内表面，烘干后可以与 EVA形成致密粘结入射至电池片（紫外变可见光）碳量子点分散性透明性耐候性粘结性 VAE乳液良好的油水混合性，保证量子点均匀分散在有机物 VAE中好好好 PVA 分散性良好，但是与 EVA层形成界面层好差差乙烯与醋酸乙烯共聚物一般将其统称为 EVA。但是在我国，人们根据其中醋酸乙烯含量的不同，将乙烯与醋酸乙烯共聚物分为 EVA树脂、 EVA橡胶和 VAE乳液碳量子点 /VAE薄膜的紫外可见吸收光谱及光致发光薄膜固化在玻璃表面样品具有明显的紫外吸收特点，且紫外激发后，发射 450-500左右的荧光紫外 -可见吸收光谱光致发光固态下，最高荧光效率仅为 33.89 小型 MWT组件的 I-V测试曲线（ AG1.5）短路电路 Isc明显提升 35.47mA/cm2 -35.98mA/cm2 组件效率提升了 0.4, 主要表现在短路电流的提升小型 MWT组件的外量子效率测试 EQE EQE spectra of mini MWT module without black curve and with CQD/VAE film red curve, contrastively showing that the EQE of mini MWT module with CQD/VAE film is increased in the UV region Conclusion  碳量子点是一种理想吸收紫外的荧光下转换材料；  我们开发了一种与晶硅组件工艺完全匹配的碳量子点 /VAE薄膜，可以嵌入到组件内部；  碳量子点 /VAE薄膜吸收紫外，下转换成为可见光，提高了组件的转换效率 0.4；  碳量子点 /VAE薄膜荧光量子效率仍然偏低，需要进一步提高总结总结关键成功 /挑战重申关键目标感谢