基于PbSe量子点荧光集光器的太阳能发电系统的结构设计与仿真研究

【摘要】：近年来，随着能源问题及其所造成的环境问题的日益突出，人们开始致力于寻找一种新型的可再生清洁能源。其中太阳能作为一种储量丰富，取之不尽的清洁绿色能源，开始引起了很多人的重视。在太阳能的利用中，太阳能发电是近些年研究和发展的热点。但由于现在所使用的光电转换材料的光电转换效率比较低，使其与传统石化能源相比，成本过高，缺乏竞争力。所以阻碍了太阳能发电的进一步利用和推广。因此，开发高光电转换效率的新型材料，利用新技术降低太阳能发电的成本、提高太阳能发电的性价比是推广利用太阳能的重要研究方向。 目前的研究和发展趋势表明，量子点材料由于其特有的量子尺寸效应和介电限域效应等，可以产生多激子，降低光生热载流损耗和有广域的吸收光谱等性质，使光电转换效率可以得到大幅提升，因此如果可以掌握所需量子点的合成与性质研究，就可以是现有的太阳能利用的成本得到降低。本文首先论述了现在太阳能发电的发展状况，并提出了量子点材料太阳能发电集光器的概念，分析了量子点的性质与研究发展情况，并提出了PbSe量子点在太阳能发电利用上的优势。最后采用William Yu的方法合成了不同尺寸的PbSe量子点，并测量了其吸收和光致发光光谱。用2.8nm尺寸的PbSe量子点作为太阳能荧光集光器的集光介质，利用一种简单、便捷的Monte Carlo模拟方法，成功模拟了基于PbSe量子点的太阳能荧光集光太阳能发电系统。并得出了各种优化的参数特性，如采用的量子点的浓度，荧光集光器件的几何参数，并对此系统的光学效率进行了模拟，得出光学效率可以达到35.5%。又简单介绍了太阳能追踪控制装置，因为采用太阳能智能跟踪控制装置，可以使集光面始终正对太阳照射方向，提高光能利用率，而且控制装置拥有自动保护程序，可以在大风等恶劣天气中，根据程序自动将集光组件收平，防止被大风损坏。最后介绍了太阳能发电系统的两种利用方式，并根据本文设计计算了本文太阳能发电系统成本对比，计算表明利用本文的PbSe量子点的太阳能发电成本可以降低21.79%。 【关键词】：PbSe量子点 荧光集光器 Monte Carlo模拟 太阳能发电系统
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM615;TK513
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-7
• 目录7-10
• 第一章 绪论10-17
• 1.1 半导体量子点概述10-11
• 1.2 量子点半导体在太阳能电池中的应用方式11-13
• 1.2.1 量子点太阳能电池11-12
• 1.2.2 量子点荧光集光器件12-13
• 1.3 太阳能发电系统的发展现状13-16
• 1.3.1 太阳能利用的优势13-15
• 1.3.2 国内外太阳能发电现状15
• 1.3.3 太阳能电池的发展方向15-16
• 1.4 本课题研究的主要内容与意义16-17
• 第二章 PbSe 量子点的合成、表征及特性分析17-30
• 2.1 纳米材料的性质17-18
• 2.2 半导体量子点的研究分析18-20
• 2.2.1 半导体量子点研究18-19
• 2.2.2 Pb 族量子点的特性19-20
• 2.3 PbSe 量子点的合成20-23
• 2.3.1 PbSe 的发展概述20-21
• 2.3.2 PbSe 的合成设备及环境要求21-22
• 2.3.3 合成 PbSe 量子点的原料22
• 2.3.4 合成过程22-23
• 2.4 PbSe 量子点的表征23-25
• 2.4.1 TEM 分析23-24
• 2.4.2 XRD 分析24-25
• 2.4.3 Abs 光谱与 PL 光谱25
• 2.5 PbSe 量子点的能级结构分析25-30
• 2.5.1 量子点能级理论研究25-27
• 2.5.2 量子点能级理论27-30
• 第三章 基于 PbSe 量子点的太阳能荧光聚集器30-43
• 3.1 太阳能荧光聚集器简介30-32
• 3.2 光的受激辐射基本概念32-33
• 3.3 LSC 的重要理论参数33-35
• 3.4 基于 PbSe 量子点的 Monte Carlo 模拟35-42
• 3.4.1 建模36-39
• 3.4.2 PbSe 量子点 LSC 的 Monte Carlo 模拟结果39-42
• 3.5 本章小结42-43
• 第四章 太阳跟踪控制系统43-49
• 4.1 太阳能自动跟踪方式43-45
• 4.1.1 光电跟踪43-45
• 4.1.2 视日轨迹跟踪45
• 4.1.3 光电跟踪与视日轨迹跟踪相结合45
• 4.2 二轴伺服机构及其驱动系统45-47
• 4.3 跟踪控制器47-49
• 第五章 太阳能发电系统的整体设计49-53
• 5.1 太阳能发电系统的结构简介49-51
• 5.2 太阳能发电系统整体设计51-53
• 第六章 结论与展望53-55
• 6.1 本文总结53
• 6.2 研究展望53-55
• 参考文献55-61
• 在学期间取得的科研成果61-62
• 致谢62

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