[发明专利]基于胶体硅量子点纳米粒子选择性吸收紫外线的太阳能发电窗

说明书

本发明涉及一种基于胶体硅量子点纳米粒子选择性吸收紫外线的太阳能发电窗，包括：SiQDNPs‑LSC(硅量子点纳米粒子太阳能集中器)、发电窗和反射镜；所述发电窗内设有硅基光伏电池带(Si PV条)，硅基光伏电池带的上表面粘附SiQDNPs‑LSC的下表面。本发明的有益效果是：在模拟阳光下，由于SiQDNPs主要仅吸收紫外线，因此传播的红色荧光几乎不被重新吸收，同时穿过窗玻璃的日光保留了极高的AVT和CRI；SiQDNPs‑LSC可产生较高的功率转换效率，其中SiQDNPs荧光贡献占很大比例，同时SiQDNPs‑LSC保留了较高的光谱质量，有利于窗户应用。

技术领域

本发明属于集成光伏建筑(BIPV)技术领域，尤其涉及一种基于胶体硅量子点纳米粒子选择性吸收紫外线的太阳能发电窗。

背景技术

太阳能发电窗将普通的天窗或立面窗户变成小型发电机，以扩展电网，在集成光伏建筑(BIPV)中起着不可或缺的作用。BIPV是一种新兴的可再生能源技术，可以用光伏组件替换或翻新传统的建筑组件。特别是对于那些高度城市化地区的高层建筑，安装地面或屋顶太阳能电池板的空间远远不足以补偿建筑物本身的能耗。因此，为了实现许多国家积极追求的近零能耗建筑的最终目标，利用高层建筑巨大的窗口区域进行能量收集是一种有效的方法。

太阳能发电窗虽然效率不如传统太阳能电池板，但当连接到大型用电网络时，依然能产生足够的电量。同时太阳能发电窗必须满足一定的安全要求并保持半透明，以使建筑居民可以享受自然光。理想情况下，太阳能发电窗将仅吸收和收集太阳光谱中的紫外线(UV)和近红外(NIR)部分，透过可见光部分(类似于窗户上的低辐射涂层)改变入射光谱以提高建筑物的能效。

几种透明的光伏技术已经出现在太阳能发电窗应用中，其中一些已经被公司商业化(例如Onyx Solar，Ubiquitous Energy，SolarWindow Technologies和UbiQD)，并已安装在全球著名的建筑物上。其中空间分段或中间色的硅薄膜技术在太阳能发电窗市场上获得了最大的关注。此外，基于有机物和有机无机混合材料(例如钙钛矿)的半透明薄膜(基于染料的和染料敏化的光伏电池)最近备受关注，但在实现广泛部署之前必须提高半透明薄膜的长期稳定性。这些薄膜器件虽然能够实现高达14％的高功率转换效率(PCE)，但对包括可见光范围在内的太阳光谱具有广泛的吸收能力，从而导致平均可见光透射率(AVT)相对较低。

另一方面，UV和/或NIR波长具有选择性吸收的可见透明的发光太阳能集中器(LSC)可以轻松实现高于50％的AVT，这对于可见光透射率的应用是一个至关重要的特性。此外，具有简单结构的LSC(通常是涂覆或嵌入有荧光团的波导塑料或玻璃平板)可以无缝替换或翻新现有的窗户，同时也不会降低其原有的美学品质。在日光下，荧光团发出荧光，然后由LSC引导，通过全反射导向边缘，在边缘处，常规光伏电池将荧光转换为电能。LSC侧壁面积比光伏电池要小得多。在前表面，由光伏电池接收的荧光光子通量被集中，光伏材料成本降低。

从两个重要方面评估LSC性能，即转换效率(例如PCE和光学效率)和光谱质量(例如AVT和显色指数CRI)，这两者通常是相互成反比的。为了在不牺牲光谱质量的情况下实现高转换效率，LSC中使用的荧光团不仅需要具有高的光致发光量子效率(PLQY)，而且还必须在可见光之外能够选择性吸收和拥有较大的斯托克斯位移，以减轻重吸收效应，这通常是荧光在LSC上传导的主要损耗。对于具有100％AVT的单结，对UV和NIR选择性的LSC，PCE的热力学极限可以高达21％。最近，已经探索了具有上述光学特性的各种荧光团，以实现用于太阳能发电窗口应用的有效且可见的LSC，包括有机染料，磷光纳米晶体，可持续性的天然有机分子，碳纳米点，钙钛矿量子点和其他无重金属量子点。

综上所述，提出一种基于胶体硅量子点纳米粒子选择性吸收紫外线的太阳能发电窗。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种基于胶体硅量子点纳米粒子选择性吸收紫外线的太阳能发电窗。