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量子点技术让你的窗户与太阳能电池合二为一

发布时间:2019-08-15 19:41:22 编辑:笔名

  量子点技术已经彻底改变显示器应用了,例如广受喜爱的 Kindle Fire 电子书阅读器的背光使用了Nanosys公司制造的量子点增强薄膜(QDEF)。如今,研究人员们打算用量子点彻底改造聚光器。

  经由内建的量子点采集来自太阳的光源,研究人员们期望能将窗户变成高效率的聚光器。其作法是将太阳光电(PV)电池放在注入量子点的窗户边缘,使其转变成为发光的太阳能聚光器(LSC)。美国洛斯阿拉莫斯国家实验室(Los Alamos National Laboratory;LANL)与意大利米兰比可卡大学(University of Milano-Bicocca;UNIMIB)合作,近展示这种为这种LSC窗户实现大于10%的光学效率。

  透明的量子点窗格材料在紫外线的照射下发光(来源:Los Alamos National Laboratory)

  我们的装置是一款光采集器 这款聚光器能够从较大区域撷取光源并将其导入更小的PV电池, LANL先进太阳能光物理中心(CASP)的首席研究员Victor Klimov表示。

  针对概念性验证展示,Klimov的研究团队们在UNIMIB的协助下,将量子点嵌入于一个边缘围绕PV太阳电池的透明塑料中。

  量子点是高效率的发射器,可展现接近100%的发光效率,但以往尝试用于实际尺寸的LSC 并未取得成功。其问题在于量子点重新吸收许多原应被边缘PV电池采集的再发射光子。为了解决这个问题,Klimov与其同事采用斯托克斯位移(Stokes-shift)法,开发出可改变再发射光子波长的量子点。

  利用19世纪爱尔兰物理学家George Stokes发明的斯托克斯位移法,可设计成为结合硒化镉(CdSe)和硫化镉(CdS)两种不同材料的量子点。小型的CdSe核心作为发射核心,而CdS厚壳则扮演集光天线的角色。由于CdS的能隙较CdSe更宽,由CdSe核心发射的光表现出更大的低能量转移。该策略导致大量的斯托克斯位移,从而有助于减少吸收损失。

  当CdS内部核心嵌入可将太阳能导入窗缘太阳电池的PMMA窗格时,CdSe量子点吸收光子,然后从CdS核心以不同的波长重新发射能量。

  研究人员们证实了所取得的LSC设备可达到大约10%的光采集效率,以及几乎无损失的再吸收。经由模拟显示,这些装置的实际尺寸还可扩展到超过1公尺。

  LANL的研究人员们开发出厚壳的CdSe/CdS量子点,而义大利团队们则负责将开发结果嵌入较大的PMMA组合物中。

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