一種平面熒光聚光器及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于太陽能聚光器領域，具體是一種平面熒光聚光器及其制備方法。
【背景技術】
[0002]銅銦硫，化學式為CuInS2，簡稱CIS。根據合成溫度的差異，CIS會表現出三種不同的晶體結構，在低于980°C時表現為黃銅礦結構，高于1050°C時則為纖維鋅礦結構，而介于980~1050°C時表現為閃鋅礦結構。不同晶體結構的CIS具有不同的特性，纖維鋅礦結構的CIS是一種高溫狀態下的亞穩態結構，而黃銅礦結構為熱力學穩定態，因此大部分CIS是以黃銅礦結構而穩定存在。
[0003]CIS是1-1I1- VI族三元半導體化合物，具有如下優點:
(1)禁帶寬度為1.53eV，與太陽能電池的最佳禁帶寬度(1.45eV)十分接近；
(2)光吸收系數大，高達15Cm\比其他熒光材料普遍高；
(3)直接能隙半導體，可以減少少數載流子的擴散；
(4)對光和熱的穩定性好；
(5)與CdS、PbS等其他太陽能電池光電轉換材料相比，CIS不含任何有毒成分，對環境無污染。
[0004]因此，CIS化合物作為太陽能電池光轉換材料在太陽能發電領域得到廣泛研究。以CIS作為光轉化層材料制備的薄膜太陽能電池，具有使用壽命長、無光致衰退效應、抗干擾、抗輻射能力強等優點，加上薄膜太陽能電池的廉價、柔性等特點，被認為是現階段最具有發展前景的太陽能電池。同時，由于Cis還具有光轉換效率高、寬帶吸收與發射以及表面可修飾等特性，可廣泛應用于發光器件、光轉換器件和生物檢測、標記與分析等領域。
[0005]過去，由于制備方法和檢測手段的相對落后與不足，使得CIS納米粒子的合成制備比較困難，因此限制了 CIS的深入研究及其應用領域的推廣。根據現有專利文獻報道，目前CIS納米粒子主要應用于太陽能電池中的光轉化層材料，如聚合物太陽能電池、薄膜太陽能電池等領域，以提高太陽能電池的光電轉換效率。CN104112786A專利文件(申請號201410315452.9)提出一種銅銦硫/鈣鈦礦體異質結太陽能電池及其制備方法，該發明構造一種新型結構及其制備方法，使得太陽能電池中的光轉化層不需再在高溫下燒結，且銅銦硫與鈣鈦礦的混合物成膜性能好，易加工，大大提高太陽能電池器件制作的成功率。CN102034898A專利文件(申請號201010512652.5)提出一種太陽電池用銅銦硫光電薄膜材料的制備方法，該發明提出不需要高溫高真空條件即可制備高性能的銅銦硫光電薄膜，儀器設備要求低，操作性強，同時降低薄膜太陽能電池的生產成本。
[0006]目前，有關CIS納米粒子的應用研究主要是圍繞太陽能電池中的光轉化層材料而展開的，毋庸置疑的是，在太陽能電池中通過使用CIS作為光吸收層或光轉化層材料，可以增加太陽能電池對太陽光的吸收與轉化，從而提高太陽能電池的光電轉換效率。但是，由于薄膜太陽能電池的本身缺陷，如光電轉換效率低、制備工藝復雜、生產成本高等不足，限制了 CIS的廣泛應用。

【發明內容】

[0007]本發明的目的是提供一種銅銦硫量子點平面熒光聚光器。
[0008]本發明的另一目的是提供該平面熒光聚光器的制備方法。
[0009]為達到上述目的之一，本發明采用以下技術方案:
一種平面熒光聚光器，包括熒光物質和平面光波導，所述熒光物質為銅銦硫量子點材料。
[0010]進一步地，所述焚光物質的外層包裹ZnS。
[0011 ] 進一步地，所述平面光波導為高分子聚合物。
[0012]進一步地，所述高分子聚合物為聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚二甲基硅氧烷或聚乙烯。
[0013]進一步地，所述銅銦硫量子點材料按照如下方法制備:在燒瓶中加入碘化亞銅和醋酸銦，然后依次加入十二硫醇和有機介質，攪拌混合均勻，在惰性氣體保護下，將混合溶液升溫加熱反應，直到混合溶液由黑色轉變為淡紅色，停止加熱并冷卻至室溫，去除雜質，最后真空干燥得到銅銦硫量子點材料。
[0014]進一步地，所述碘化亞銅和醋酸銦的摩爾比是1:1，所述十二硫醇的用量是Imol碘化亞銅使用10~20mL十二硫醇。
[0015]前面所述平面熒光聚光器的制備方法，包括以下步驟:
(1)將銅銦硫量子點材料均勻分散于有機溶劑中；
(2)用高分子聚合物制作平面光波導；
(3 )將步驟(I)的混合溶液涂覆在平面光波導表面或者封裝于平面光波導中，形成平面熒光聚光器。
[0016]進一步地，步驟(2)的高分子聚合物聚甲基丙烯酸甲酯，制作平面光波導包括以下步驟:
(1)稱取偶氮二異丁腈于燒杯，加入甲基丙烯酸甲酯，并使其完全溶解，待溶液呈無色透明狀時將混合溶液轉移至燒瓶中；
(2)加熱燒瓶，反應至有粘稠物出現時停止加熱，將粘稠物倒入模具中，靜置排出氣泡；
(3)加熱模具進行終聚合，當模具內的聚合物成為固態時繼續升高溫度，并保溫完成聚合，隨后冷卻至室溫；
(4)從模具中取出聚甲基丙烯酸甲酯，經過切割、拋光、清洗、干燥后制作成平面光波
B
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[0017]進一步地，步驟(3)中，所述涂覆為印刷或者旋涂或者噴涂；所述封裝為通過層壓技術將銅銦硫量子點熒光物質封裝于平面光波導中。
[0018]前面所述平面熒光聚光器的制備方法，具體是:將銅銦硫量子點材料均勻分散于有機溶劑中，在合成高分子聚合物時加入到原料中，反應后得到摻雜銅銦硫量子點材料的平面光波導，經切割、拋光、清洗、干燥后得到平面熒光聚光器。
[0019]進一步地，高分子聚合物聚甲基丙烯酸甲酯，該制備方法包括以下步驟:
(I)將銅銦硫量子點材料均勻分散于有機溶劑中； (2)依次將偶氮二異丁腈、甲基丙烯酸甲酯加到步驟(2)的混合溶液中，并使其完全溶解，將混合溶液轉移至燒瓶中；
(3)加熱燒瓶，反應至有粘稠物出現時停止加熱，將粘稠物倒入模具中，靜置；
(4)加熱模具并保溫，當模具內的聚合物成為固態時繼續升高溫度，并保溫，隨后冷卻至室溫；
(5)從模具中取出含銅銦硫量子點的聚甲基丙烯酸甲酯，經過切割、拋光、清洗、干燥后制作成平面熒光聚光器。
[0020]前面所述平面熒光聚光器的制備方法，具體是:將銅銦硫量子點材料、制備平面光波導的高分子聚合物溶解于有機溶劑中，所得混合液經加熱制成摻雜銅銦硫量子點材料的平面光波導，經切割、拋光、清洗、干燥后得到平面熒光聚光器。
[0021]進一步地，高分子聚合物聚甲基丙烯酸甲酯，該制備方法包括以下步驟:
(1)將銅銦硫量子點材料均勻分散于有機溶劑中；
(2)將聚甲基丙烯酸甲酯溶解于有機溶劑中；
(3)向步驟(2)的混合溶液加入到步驟(I)的混合溶液中，經超聲、攪拌混合均勻，再將所得混合溶液倒入模具中，靜置；
(4)加熱模具并保溫，當模具內的聚合物成為固態時繼續升高溫度，并保溫，隨后冷卻至室溫；
(5)從模具中取出含銅銦硫量子點的聚甲基丙烯酸甲酯，經過切割、拋光、清洗、干燥后制作成平面熒光聚光器。
[0022]本發明具有以下有益效果:
I本發明選用高效、穩定性好且無污染的新型CIS-QDs材料充當平面熒光聚光器(LPC)的熒光物質，CIS-QDs作為光轉換中心，能夠把太陽光中的藍紫光轉換成紅光。CIS具有與太陽能電池的最佳禁帶寬度十分接近、光吸收系數高、對光和熱的穩定性好、不含重金屬等有毒離子及超寬帶發射等優良光學特性，將無光伏效應或光伏效應低的高能光子轉換為具有尚效光伏效應的低能光子，以提尚現有太陽能發電系統的光電轉換效率。
[0023]2本發明采用優良光學特性、物理化學性能穩定且易成型加工的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)材料為LPC的平面光波導材料。通過物理或化學方法將上述熒光材料與平面光波導復合制作成LPC，能滿足所有類型太陽能電池的聚光使用需求，包括單晶硅、多晶硅、非晶硅薄膜及有機聚合物等太陽能電池。本發明的LPC能夠代替太陽能電池收集太陽光，避免太陽能電池活性表面在太陽光下直接暴曬，減少太陽能電池使用量，延長太陽能電池的使用壽命；簡化太陽能電池的安裝過程，縮小太陽能發電系統的占用空間，拓寬太陽能發電市場，從而大大降低光伏發電系統的生產和維護成本。
[0024]3傳統聚光器為透鏡或圓錐形狀，本發明構造的量子點LPC為平板結構，具有透明或半透明特性，由有機高分子材料制成，其優異的光學性能、機械性能和便利的成型工藝，為LPC的大規模產業化提供足夠的可能性。同時，LPC將發揮出傳統聚光器無可比擬的優勢，通過與現代建筑相結合，用LPC代替玻璃幕墻或房頂，實現光伏建筑一體化，不僅保留玻璃幕墻的現代氣息，還具備光伏發電的功能，達到一舉兩得的功效。
[0025]本發明的具體應用方式為:把與所用LPC側面面積相一致的太陽能電池安裝于聚光器的一個或多個側面，并將聚光器放置于太陽光下，通過LPC對太陽光的吸收和折射，一大部分光線會進入到平面光波導內。其中滿足一定條件的光線在光波導內會發生全反射現象，在經過多次全反射后最終傳輸到光波導側面被太陽能電池吸收。同時，光波導中的CIS-QDs熒光材料吸收短波長光后，通過自身的光轉換特性，發射出能被太陽電池有效吸收的長波長光，該長波長光經過多次內全反射傳輸到光波導側面被太陽能電池吸收。如此結構起到吸收、傳輸或發射和匯聚光能的多重功效，太陽能電池接收到的光線不僅包含太陽本身部分，同時還包含有CIS-QDs的熒光發射部分，有效改善太陽能發電系統的光電轉換效率。
[0026]綜上所述，本發明首次將CIS應用到平面熒光聚光器領域，與銅銦硫量子點的傳統應用領域相比，本發明可以更大程度發揮出銅銦硫量子點的獨特優勢，使得銅銦硫量子點具有更廣闊的應用前景。由于CIS量子點是一種光熱穩定性好、高效熒光且綠色環保型量子點熒光材料，將它與平面光波導技術和太陽能電池相結合，構造出一種新型LPC，不僅可以加快推廣CIS材