[发明专利]包含曲面光子晶体膜结构的全可见光聚光器的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及胶体光子晶体膜的应用，尤其在太阳光选择性利用的应用领域，具体涉及的是一种包含曲面光子晶体膜结构的全可见光聚光器的制备方法。

背景技术

随着煤炭，石油，天然气等不可再生能源的消耗，能源危机逐渐呈现，因此利用风能，水能，太阳能等新能源早已成为研究的热点。其中太阳能作为清洁的可再生能源，对其的利用研究越来越受到各国政府和研究人员的关注。太阳能电池经过了近半个世纪的发展，目前太阳能电池的光电转换效率最高值为42.8％左右(Science 2007，317，583～584.)，然而因为这种高效率的电池的制作工艺复杂，材料(诸如硅、镓、锗、铟、砷等半导体材料)要求苛刻，价格昂贵，所以很难得到广泛应用。直到1991年染料敏化纳米晶太阳能电池的突破性进展，其低成本、高效率的特点成为制造物美价廉的太阳能电池的最佳解决方案，经过十几年的研究其转换效率最高虽然已达到11.18％左右(J.Am.Chem.Soc.2005，127，16835～16847.)，但仍然需要进一步的提高这种电池的性能。而对这种电池的改进方法中，设法拓宽燃料的吸收光谱是非常重要的研究方向，但难度很大。从这种思路我们设计了包含曲面光子晶体膜结构的全可见光聚光器。

这种聚光器利用了光子晶体材料，光子晶体的概念是Yablonovitch和John在1987年首次提出的(Phys.Rev.Lett.1987，58，2059～2062.Phys.Rev.Lett.1987，58，2486～2489.)。光子晶体是将不同介电常数材料进行周期排列得到的一种特殊的结构，该结构能够对特定波段的光传播进行调控；这种特性使其在高性能反射镜、光子晶体波导、光子晶体微腔等方面具有广泛的应用。有关文献还把光子晶体应用在染料敏化太阳能电池结构中(J.Am.Chem.Soc.2003，125，6306～63 10.J.Phys.Chem.B 2005，109，6334～6342.J.Phys.Chem.B2005，109，15968～15976.Appl.Phys.Lett.2006，88，193110.)，从实验和理论两方面证实了光子晶体对于太阳能电池的增强作用，但是增强作用尚不显著；而且结构中引入光子晶体层，使制备电池的工艺复杂化。以上的研究背景，为本发明人的发明提供了技术改造的基础。

本发明是基于本发明人在前专利申请(专利申请号：CN：200510011219.2，CN：200510012021.6，CN：200610011452.5，CN：200510012047.0，CN：200510012021.6，CN：200610011451.0，CN：200610112825.8)的简单制备单分散乳胶粒，及大面积快速制备可见、紫外、近红外中红外区的胶体光子晶体膜，并将其应用在装饰涂料，预防紫外线的涂层、化妆品及增强光致发光器件、高反射率漫反射膜等方面的基础。本发明首先制备得到曲面结构的光子晶体，并结合凹面镜聚光特性及光子晶体结构对特定波段光传播方向调控的特点于一体，形成独特的对全可见光进行聚集的聚光器。上述专利的内容由参考方式被并入本案。

发明内容

本发明的目的在于提供包含曲面光子晶体膜结构的全可见光聚光器的制备方法。

本发明是基于凹面镜聚光及光子晶体调控可见光传播的原理，进行制备包含曲面光子晶体膜结构的全可见光聚光器。

本发明利用光子晶体的对于全可见光的反射作用，在凹面基片的表面采用自然沉积法涂上一层光子晶体薄膜，从而对于全可见光进行会聚，会聚的光线可以用于染料敏化太阳能电池进行光电转换。

本发明是在凹面基片的表面采用自然沉积法涂上一层含有硬核-软壳结构的单分散聚合物乳胶粒的乳液，干燥，在凹面基片的表面形成反射全可见光的曲面光子晶体膜，得到包含曲面光子晶体膜结构的全可见光聚光器；利用这种光子晶体在全可见光的大范围漫反射性质，在将本发明得到的全可见光聚光器应用于太阳能电池时，从而所得凹面镜能够增强在染料敏化太阳能电池上面的可见光密度，在相同光强条件下可以使染料敏化太阳能电池本身的光电转换效率得到明显的提高。

本发明所述的表面沉积有反射全可见光的曲面光子晶体膜的凹面镜，其凹面镜上的反射全可见光的曲面光子晶体膜是依据专利申请号CN：200610011452.5的自然沉积法，在恒温恒湿条件下沉积在凹面基片上的。