近红外量子点荧光集光太阳能光伏器件的制作和性能

论文摘要

在晶体硅太阳能电池可利用的波段中,波长大于600 nm的光子占总光子数的60%左右。为了更加有效地利用太阳光谱中的近红外辐射,提高光伏发电的性价比,降低光伏发电的成本,本论文研究了利用近红外PbS量子点材料制作近红外荧光集光太阳能光伏器件的工艺和器件性能。论文分为三章:第一章是文献综述;第二章是近红外PbS量子点荧光材料的合成和表征;第三章是近红外量子点荧光集光太阳能光伏器件的制作和表征。第一章为绪论,首先从传统能源的危机和寻找可再生能源的必要性出发,阐述了太阳能开发利用的重要性;其次,介绍了太阳能光伏发电的发展历史,太阳能电池的原理和分类以及太阳能电池的发展方向;再次,综述了荧光集光太阳能光伏器件的背景知识,介绍了荧光集光太阳能光伏器件的概念和原理;第四,介绍了量子点荧光材料,包括量子点的概念和特点,胶体化学法合成量子点材料的研究进展及量子点荧光材料在近红外波段应用的优势;最后一部分阐述了本论文的选题意义和主要内容。第二章是合成和表征近红外PbS量子点荧光材料的实验部分和结果讨论。利用有机合成法,选择氧化铅和六甲基二硅硫烷作为前驱体,引入三辛基膦作为稳定剂,制备PbS量子点材料。通过X射线衍射仪、高分辨透射电镜和荧光光谱仪对PbS量子点样品的表征,表明合成的量子点尺寸均匀,其吸收波段在700-1000 nm,荧光发射波段在750-1100 nm,荧光量子效率理论估算约为30%。第三章是制作和表征近红外量子点荧光集光太阳能光伏器件的实验部分和结果讨论。利用在前一章中制备的PbS量子点作为荧光介质,将其分散在正己烷中并相应设计了量子点溶液夹层封装结构,与单晶硅太阳能电池耦合,制作了78 mm×78 mm的近红外荧光集光太阳能光伏器件,主要吸收太阳光谱中波长在700-1000 nm的近红外辐射,其光电转换效率最高达到1.38%。将其与吸收可见光的有机染料荧光集光太阳能光伏器件结合组成分波段利用的叠层荧光集光太阳能光伏器件,拓展了荧光集光太阳能光伏器件的光谱利用范围,并使总效率提高到3.4%。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 太阳能光伏发电和太阳能电池
• 1.2.1 太阳能光伏发电的历史发展
• 1.2.2 太阳能电池
• 1.2.2.1 太阳能电池的分类
• 1.2.2.2 太阳能电池的工作原理
• 1.2.2.3 太阳能电池的发展方向
• 1.3 荧光集光太阳能光伏器件综述
• 1.3.1 聚光光伏技术
• 1.3.2 荧光集光太阳能光伏器件的概念和原理
• 1.3.3 荧光集光太阳能光伏器件的研究进展
• 1.3.3.1 有机荧光染料LSC
• 1.3.3.2 无机荧光材料LSC
• 1.3.3.3 叠层和光子晶体等新结构
• 1.4 量子点荧光材料综述
• 1.4.1 量子点的概念和特点
• 1.4.2 胶体化学法合成量子点材料的研究进展
• 1.4.3 近红外量子点荧光材料
• 1.5 论文的选题意义及主要内容
• 第二章 近红外 PbS 量子点荧光材料的合成和表征
• 2.1 引言
• 2.2 近红外PbS 量子点的制备
• 2.2.1 实验试剂和仪器
• 2.2.2 PbS 量子点的制备
• 2.3 PbS 量子点的表征
• 2.3.1 PbS 量子点的相结构表征
• 2.3.2 PbS 量子点的形貌和尺寸表征
• 2.3.3 PbS 量子点的光学特性表征
• 2.4 结果与讨论
• 2.4.1 PbS 量子点的相结构分析
• 2.4.2 PbS 量子点的形貌和尺寸分析
• 2.4.3 PbS 量子点的光学特性分析
• 2.4.4 实验总结
• 2.5 本章小结
• 第三章 近红外荧光集光太阳能光伏器件的制作和性能表征
• 3.1 引言
• 3.2 夹层量子点近红外LSC 的制作
• 3.2.1 实验材料和仪器
• 3.2.2 夹层量子点近红外LSC 的制作工艺
• 3.3 夹层量子点近红外LSC 的I-V 特性
• 3.4 实验结果分析和讨论
• 3.4.1 近红外量子点荧光集光太阳能光伏器件的I-V 曲线
• 3.4.2 PbS 量子点浓度、量子效率，光波导收集效率的影响
• 3.4.3 PbS 量子点散射效应的影响
• 3.4.4 叠层荧光集光太阳能光伏器件
• 3.5 本章小结
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文与取得的研究成果