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
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
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