量子裁剪太陽能聚光板概念提出

近日，中國科學(xué)院大連化物所光電材料動(dòng)力學(xué)特區(qū)研究組吳凱豐研究員團(tuán)隊(duì)首次提出“量子裁剪太陽能聚光板”概念，并基于該概念將量子裁剪應(yīng)用到熒光型太陽能聚光板上，制備出的新型太陽能聚光板原型器件效率比傳統(tǒng)器件提高一倍。相關(guān)成果發(fā)表于國際納米技術(shù)領(lǐng)域權(quán)威刊物《納米快報(bào)》上。

熒光型太陽能聚光板是一種結(jié)構(gòu)相對簡單的大面積太陽能捕獲裝置，由發(fā)光團(tuán)通過涂覆或鑲嵌于透明基底構(gòu)成。發(fā)光團(tuán)在吸收射到板上的太陽光子后發(fā)出光子，由于基底和空氣折射率的差別，約75%的光子會(huì)產(chǎn)生全反射模式，進(jìn)而被波導(dǎo)到板的邊緣，用于激發(fā)貼在邊緣處的太陽能電池。如果聚光效率足夠高，一塊熒光型太陽能聚光板加上邊緣處的少量太陽能電池，可以在功能上等同于一整塊大面積的太陽能電池，將大大降低光伏產(chǎn)能的成本。而傳統(tǒng)熒光型太陽能聚光板受限于較低的發(fā)光團(tuán)熒光效率，以及自吸收損失，導(dǎo)致器件內(nèi)部光學(xué)效率一般小于60%。

量子裁剪是一種新奇的光學(xué)現(xiàn)象，基于該效應(yīng)的材料可吸收一個(gè)高能光子，同時(shí)釋放兩個(gè)低能光子，滿足能量守恒的基本物理規(guī)律。該研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造性地提出基于量子裁剪效應(yīng)的熒光型太陽能聚光板，在理論上可實(shí)現(xiàn)熒光量子效率的倍增，并完全抑制自吸收損失。因此，太陽能聚光板的內(nèi)部光學(xué)效率可重新定義一個(gè)新的理論極限——為150%。

基于此概念，研究團(tuán)隊(duì)合成了一種表現(xiàn)出典型量子剪裁特征的稀土金屬鐿摻雜納米晶材料，并采用此類納米晶制備出原型的量子裁剪熒光型太陽能聚光板，實(shí)現(xiàn)了約120%的器件內(nèi)部光學(xué)效率。該研究首次提出了“量子裁剪太陽能聚光板”概念，在降低光伏成本、實(shí)現(xiàn)智能建筑物領(lǐng)域，具有廣闊應(yīng)用前景。