量子点使光伏太阳能电池板窗口成为可能

本示意图显示了量子点如何嵌入塑料矩阵中并捕获阳光以提高太阳能电池板效率。

洛杉矶阿拉莫斯国家实验室和大学米兰 - 双科卡的新研究表明，量子点的卓越发光性能可以应用于太阳能，促进太阳能电池的输出并允许将光伏有源架构元素集成到建筑物。

由于Los Alamos国家实验室研究人员与来自米兰 - Biccca（Unimib），意大利大学的科学家合作，借助最近的Quantum-Dot工作，这是太阳能电池板的房屋窗口。他们的项目表明，通过帮助更有效地收获阳光，可以在太阳能中应用量子点的卓越的发光性能。

“关键成就是使用新一代特殊工程量子点的大面积发光太阳能集中器的演示，”Los Alamos的先进太阳能光学学士学位（Casp）中心的领导研究员Victor Klimov表示。

量子点是超小的半导体物质，可以通过现代胶体化学方法用几乎原子精度合成。它们的发光颜色可以通过简单地改变它们的尺寸来调整。颜色可调性与高排放效率相结合，接近100％。这些特性最近成为新技术 - 量子点显示器的基础 - 例如，在新的Gindle Fire电子阅读器的最新生成中使用。

光收获天线

发光太阳能聚光器（LSC）是光子管理装置，表示透明材料板，其含有高效发射器，例如染料分子或量子点。在板坯中吸收的阳光以更长的波长重新辐射并引导朝向配备有太阳能电池的平板边缘。

Klimov解释说：“LSC用作光收集天线，其将从大面积收集到更小的太阳能电池的太阳辐射，这增加了其功率输出。”

“LSCS特别有吸引力，因为除了提高效率外，它们还可以实现新的有趣概念，如光伏窗口，可以将房屋外观转变为大区域能源生成单位，”Sergio Brovelli（Los Alamos）曾直到2012年工作，是现在在Unimib的教师。

由于高效，可调发射和解决方案可加工性，量子点是用于廉价，大面积LSC的有吸引力的材料。然而，一个挑战是点在点中的发射和吸收带之间的重叠，这导致显着的光损失由于重新吸收它们产生的一些光而导致显着的光损失。

“巨人”但仍然微小，工程点

为了克服这个问题，LOS Alamos和Unimib的研究人员已经基于量子点开发了LSCS，其在发射和吸收带（称为大型Stokes Shift）之间是人工诱导的大分离。

这些“Stokes-Shift”工程化量子点代表硒化镉/硫化镉（CDSE / Cds）结构，其中光吸收由CD的超厚外壳支配，而发射发生在较窄间隙Cdse的内核。在纳米结构的两个不同部分之间的光吸收和发光功能的分离导致相对于吸收的发射的大的光谱转变，这极大地降低了对再吸收的损失。

为了实现这一概念，LOS Alamos研究人员创造了一系列厚壳（所谓的“巨头”）Cdse / CDSumporum点，其被意大利合作伙伴融入大型板（大小厘米）的聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA ）。虽然量子点标准较大，但活跃的颗粒仍然是微小的 - 仅在跨越大约一百埃。相比之下，人的头发宽约500,000埃。

“这项项目成功的关键是在Unimib材料科学部门开发的”铸造细胞铸造的改良工业方法“”围堰物理学教授Francesco Meinardi表示。

光谱测量结果表明在几十厘米的距离上没有损失。此外，使用模拟太阳辐射的测试显示了在几乎透明的样品中可获得的每次吸收光子的高约10％的高光子收割效率，完全适合于作为光伏窗口的利用。

尽管透明度高，所以制造的结构表现出显着提高太阳能通量，浓度率超过四个。这些令人兴奋的结果表明，“斯托克斯转向工程化”量子点代表了一个有前途的材料平台。它可以使得可以创建具有独立可调发射和吸收光谱的解决方案可处理的大面积LSC。

资金：高级太阳能光学学士学位（CASP）是由美国能源部科学办公室资助的能源前沿研究中心。

UNIMIB团队的工作是在UNIMIB材料科学系中进行的，由Fondazione Cariplo（2012-0844）和欧洲共同体的第七框架计划（FP7 / 2007-2013; Grant协议号324603）进行资助。

出版物：Francesco Meinardi等，“大型发光太阳能集中器”基于“斯托克斯转向工程”纳米晶体中的大型聚合PMMA矩阵，“自然光子（2014）; DOI：10.1038 / nphoton.2014.54

图像：洛杉矶阿拉莫斯国家实验室