斯托克斯位移及其在太阳能光伏器件中的应用

【摘要】：一般的荧光物质,比如荧光染料、量子点等,在其光吸收-发射的过程中,都会产生斯托克斯位移现象。荧光分子的吸收光能量通常高于发射光能量,两者的能量之差造成的光谱移动称之为斯托克斯位移。当荧光分子的吸收光谱与发射光谱部分重叠时,荧光分子发出的部分荧光在其传导过程之中还会被荧光分子再次吸收,从而产生自吸收的问题。对于在光波导中传播的荧光而言,自吸收损耗会随着波导长度增加而增加,直接影响荧光在光波导中的传输效率与光谱位置。 荧光太阳能集光器是一种利用光波导的荧光传导功能来进行太阳光收集的光子学器件,荧光分子的斯托克斯位移对其太阳光的利用效率有着显著的影响；而晶体硅光伏组件封装用EVA荧光薄膜则通过利用荧光的斯托克斯位移来进行能量转换,从而提高晶体硅光伏组件光电转换效率。本论文工作以提高两种太阳能光伏器件效率为目标,研究了斯托克斯位移对荧光波导中荧光过程和传输性质的影响,并发展了控制斯托克斯位移和提高光伏器件效率的新方法。主要内容和结果如下： 一、荧光表面涂层圆柱形太阳能集光器(cylindrical coated luminescent solar concentrator, CC LSC)理论模型及其相关理论计算。CC LSC的荧光层位于圆柱体的表面,而内部则是透明没有荧光物质掺杂的波导材料,而传统的圆柱形荧光太阳能集光器则将荧光物质掺杂在圆柱体内。在给定等价吸光度和几何增益的情况下,CC LSC的自吸收概率rs和基质吸收损耗都比传统的圆柱形荧光太阳能集光器大。但是,由于CC LSC的荧光发射点都位于圆柱体表面的原因,其对荧光的束缚效率较大,较大的荧光束缚效率带来的增益抵消了较大的自吸收概率和基质吸收损耗带来的损耗,结果使得以R6G这种自吸收损耗较大的荧光染料为荧光物质时,在给定等价的吸光度和几何增益的情况下,d/R=0.01的CC LSC的光电转换效率是传统的圆柱形荧光太阳能集光器的光电转换效率1.17-1.48倍。这种CC LSC设计可以有效地提高太阳能集光器的光电转换效率,为制备高效的荧光太阳能集光器提供了一种有效的方法。 二、零自吸收损耗荧光太阳能集光器的制备与表征。我们使用具有大斯托克斯位移移的稀土配合物(EuTT)为荧光物质,制备了EuTT荧光太阳能集光器。三于EuTT分子的荧光过程是通过配体向稀土离子来进行传递的,所以其在具有大吸收界面与可调吸收范围的同时,还具有比其它荧光物质较大的斯托克斯位移,具有零自吸收。我们测试了EuTT荧光太阳能集光器在AM1.5G下不同辐照面积时Ⅰ-Ⅴ性能的变化和外部量子效率变化,通过与文献中报道的各种荧光太阳能收集器的实验结果和理论模拟结果对比,发现设计和制备的EuTT荧光太阳能集光器具有零自吸收损耗特点。 三、高效稀土配合物掺杂EVA增效薄膜对多晶硅光伏组件的增效。利用浸渍法制备了EuTT EVA薄膜与EuTD EVA薄膜,通过研究它们的吸收光谱对其优化为多晶硅光伏组件带来的增效效果的影响,建立了荧光物质的吸收光谱的方法。实验中还发现：对于多晶硅光伏组件,理想的荧光下转换物质的吸收波长应小于390nm,发射波长大于450nm,没有自吸收损耗以及拥有接近100%的荧光量子效率。实验结果表明：EuTT满足上述条件,使用ETT EVA薄膜代替普通EVA薄膜制备的多晶硅光伏组件的光电转换效率提高了0.42%。通过成本核算,发现EuTT EVA薄膜为多晶硅光伏组件带来的增效值可以使得多晶硅光伏组件发电成本价格从￥6.00/Wp降到￥5.86/Wp。 【关键词】：斯托克斯位移 自吸收 荧光太阳能集光器 圆柱形 稀土配合物 光伏 荧光
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：O644.1;TK513
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第1章 绪论11-43
• 1.1 引言11-14
• 1.2 斯托克斯位移在荧光太阳能集光器中的应用14-33
• 1.2.1 荧光太阳能集光器简介14-20
• 1.2.2 荧光太阳能集光器的研究进展20-26
• 1.2.3 斯托克斯位移在荧光太阳能集光器的作用26-28
• 1.2.4 荧光太阳能集光器中斯托克斯位移的控制机理28-33
• 1.3 斯托克斯位移在光伏组件荧光下转换增效薄膜中的应用33-37
• 1.3.1 光伏组件用荧光下转换增效薄膜简介33-35
• 1.3.2 荧光下转换增效薄膜的研究进展35-37
• 1.4 本文研究内容37-38
• 参考文献38-43
• 第2章 表面荧光涂层圆柱形荧光太阳能集光器理论模型43-61
• 简称43
• 2.1 引言43-45
• 2.2 CC LSC理论模型45-48
• 2.3 损耗因子计算与讨论48-56
• 2.3.1 CC LSC与CD LSC逃逸锥面损失比较48-49
• 2.3.2 CC LSC与CD LSC自吸收概率比较49-52
• 2.3.3 CC LSC与CD LSC基质吸收损耗比较52-53
• 2.3.4 CC LSC与CD LSC光电转换效率比较53-56
• 2.4 小结56-58
• 参考文献58-61
• 第3章 零自吸收损耗稀土配合物荧光太阳能集光器61-79
• 3.1 引言61-63
• 3.2 实验部分和理论模拟63-67
• 3.2.1 Eu(TTA)_3(TPPO)_2的性质63-64
• 3.2.2 以Eu (TTA)3(TPP0)2为劳光物质的LSC的制备64
• 3.2.3 以EuTT为荧光物质的LSC的Ⅰ-Ⅴ性能和外部量子效率性能测试64-65
• 3.2.4 LSC的外部量子效率的理论模拟65-67
• 3.3 结果与讨论67-74
• 3.3.1 吸收和荧光光谱67
• 3.3.2 AM1.5G光源下EuTT LSC体系的Ⅰ-Ⅴ性能67-72
• 3.3.3 LSC的外部量子效率性能72-74
• 3.4 小结74-75
• 参考文献75-79
• 第4章 高效稀土配合物掺杂EVA薄膜增效晶体硅光伏组件79-99
• 4.1 引言79-81
• 4.2 实验部分81-82
• 4.2.1 荧光下转换薄膜(LDS薄膜)的制备81
• 4.2.2 LDS薄膜封装多晶娃光伏组件的制备81
• 4.2.3 多晶娃光伏组件光电性能的测试81-82
• 4.3 结果与讨论82-94
• 4.3.1 浸渍法制备荧光EVA薄膜82-85
• 4.3.2 荧光EVA薄膜对多晶硅光伏组件的增效85-91
• 4.3.3 多晶硅光伏组件增效用LDS荧光物质吸收光谱的优化91-94
• 4.4 成本核算94
• 4.5 小结94-96
• 参考文献96-99
• 在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果99-101
• 致谢101-102

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

人造卫星用新型高效太阳能电池的研制    杨谨福

纳米晶液结太阳能电池研究进展    曾仲献,杜宇平,李红,章伟光

光敏染料用于太阳能电池的研究    周娴;潘华锦;

染料敏化纳米晶TiO_2太阳能电池研究进展    郝三存,吴季怀,黄昀昉,范乐庆

染料敏化太阳能电池的研究进展    吴晓宏,秦伟,李晓丹,姜兆华

Ⅱ-Ⅵ族半导体纳米晶在光电器件方面的应用研究进展    石鹏;

天然染料在太阳能电池中的敏化作用    方永增;孟庆华;

基于聚噻吩衍生物的异质结薄膜太阳能电池    甘礼华;赵丽;朱大章;刘明贤;陈龙武;

染料敏化纳米晶薄膜太阳能电池用染料敏化剂的研究进展    王红军;王艳蕊;关梦杰;高娟;

我国铟硒太阳能薄膜电池研发取得关键突破    李家鸣;

太阳能光伏技术演进路径的可视化分析    杨中楷;刘佳;

有机染料锚数对染料敏化太阳能电池性能的影响    尚会霞;罗艳红;孟庆波;占肖卫;

太阳能电池表面纳米微结构研究    李美成;

锌卟啉敏化太阳能电池性能:从头算非绝热动力学研究    王晶辉;何荣幸;齐丹;

量子点敏化太阳能电池--新材料的设计、制备及器件研究    李冬梅;罗艳红;孟庆波;

量子点敏化太阳能电池研究进展    刘铭;杨君友;冯双龙;朱虎;

高效染料钠晶TiO_2太阳能电池    黄昀昉;吴季怀;林建明;黄妙良;

谈太阳能路灯原理    胡昊伟;黄敏;

太阳能电池输出特性的分析及检测    张海波;

太阳能电池应用    孟昭渊;

提高太阳能电池效率有新法    记者 毛黎

河北晶龙太阳能电池三期工程奠基    段同刚　王丽英

中小太阳能浆料企业艰难突围    实习记者 徐生权　孙文昀 本报记者 王峻峰

天津铜铟镓硒太阳能电池组件制成    耀文

赛维LDK首期太阳能电池生产线投产    记者 徐国平　通讯员 廖淑艳

赛维LDK太阳能电池工程首期投产    记者 姜小毛　通讯员 廖淑艳

M13病毒可将太阳能电池效率提高三成    王小龙

将液晶制造设备应用于薄膜电池有助于降低生产线投资    哈尔滨克罗拉太阳能电力有限公司副总经理 李瑞武

太阳能厂跨洋吸金 几家欢乐几家愁    黄女瑛 DigiTimes

太阳能电池级多晶硅光伏项目落户益阳    记者　 郭云飞 通讯员　 张世平

斯托克斯位移及其在太阳能光伏器件中的应用    王同心

基于酞菁铜的太阳能电池的研究    刘一婷

半透明聚合物太阳能电池的研究    徐洋

反型聚合物太阳能电池的研究    李福民

知识流动理论框架下的科学前沿与技术前沿研究    庞杰

量子点敏化太阳能电池：制备及光电转换性能的改进    宋鑫

新型可溶液加工有机小分子材料的设计合成及光伏性能    李在房

分光谱太阳能光电转换系统研究    赵源

抑制染料聚集优化染料敏化太阳能电池器件的研究    李晶

卟啉酞菁类化合物的设计合成及其在太阳能电池中的应用    张天慧

新型光敏剂的合成及其在染料敏化太阳能电池中的应用    高俊雄

叠层荧光集光太阳能光伏器件的性能模拟和优化    耿俊杰

CuO薄膜的制备及其光伏特性研究    张春萍

三芳基咪唑的富勒烯衍生物的合成及其在CdSe量子点太阳能电池的应用    赵爱婷

SCNTs和PPDIF应用于聚合物太阳能电池中的研究    白静璐

敏化太阳能电池中染料的合成研究    徐丹

含噻吩和噻唑基元的共轭聚合物的合成和光伏性能研究    国霞

基于太阳能的嵌入式路灯控制系统的研究与应用    刘春

利用不同阴极缓冲层改善有机小分子Pentacene/C_（60）太阳能电池的性能    刘瑞

用电化学阻抗谱研究染料敏化太阳能电池的电子传输与复合特性    和川