CuSbS2@ZnS量子点合成及其在荧光太阳能聚光器中的应用

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太阳能光伏发电技术在能源领域具有重要地位,在新兴的太阳能技术中,荧光太阳能聚光器(LSC)的使用可减少光伏电池的使用面积,从而降低光伏发电的成本,有望大面积地应用于光伏-建筑结构。量子点(QD)作为一种光转化材料,能将无光伏效应或光伏效应低的高能光子转化为具有高效光伏效应的低能光子,量子点荧光太阳能聚光器(QD-LSC)已经成为太阳能领域聚光技术的前沿发展方向。  本文选用醋酸铜(Cu(Ac)2?H2O)和醋酸锑(Sb(Ac)3)分别作为铜源和锑源,巯基丙酸(C3H6O2S)作为配体和硫源,利用热注入法制备了CuSbS2量子点,表征了所制备的量子点的微观形貌、物相组成和光学性能。为了增强CuSbS2量子点的荧光性能,本文以醋酸锌(Zn(Ac)?2H2O)作为锌源,在CuSbS2量子点表面包覆ZnS,通过不断地优化反应条件,最终获得了CuSbS2@ZnS核壳量子点,并表征了核壳量子点的微观形貌、物相组成和光学性能。将CuSbS2@ZnS核壳量子点作为光转化材料掺入甲基丙烯酸甲酯(MMA),经聚合后获得含有量子点的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA),然后与单晶硅太阳能电池耦合制成量子点荧光太阳能聚光器,并测试了其光电转化效率(PCE)。  本实验使用热注入法制备了CuSbS2量子点,其平均直径为12.3nm,光学带隙为2.55eV,荧光发射峰在418nm,量子产率为3.2%。在CuSbS2量子点表面包覆ZnS,获得CuSbS2@ZnS核壳量子点,其平均直径为16.4nm,量子产率提高到了4.9%。将CuSbS2@ZnS核壳量子点作为光转化材料掺入MMA中,经聚合后获得掺有量子点的PMMA,然后与单晶硅太阳能电池耦合制成尺寸为53mm×53mm的QD-LSC,经测试,QD-LSC主要的吸收波段为太阳光谱中波长小于500nm的蓝紫光,当掺杂量子点的浓度为500μmol/L时,其光电转化效率最高,达到3.5%,考虑几何尺寸的影响,最终计算得到QD-LSC的总效率为0.53%,所制得的QD-LSC具有良好的稳定性。
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