一种多夹层型的荧光太阳能集光器及制备方法

本发明涉及一种基于染料与钙钛矿量子点的多夹层型的荧光太阳能集光器的制备，涉及这种器件在光伏窗户或者玻璃幕墙领域方面的应用。

背景技术：

1、为了改善能源危机，实现对太阳能利用显得尤为重要，其中荧光太阳能集光器作为一种将光能转变为电能的装置也应运而生，这种器件可以被应用于透明或者半透明的窗户以及玻璃幕墙，天窗等建筑光伏一体化中。荧光太阳能集光器是由涂覆或嵌入荧光材料的透明聚合物薄膜组成。当接收到入射光照时，入射光子会被集光器内嵌入的荧光材料吸收，进而转化为较长波长的光并被重新发射。由于全内反射，很大一部分重发射的光子被困在薄膜内，然后被波导到集光器边缘，进而被集成在集光器边缘的太阳能电池转化为电能。其中，外部光学效率（ η opt）是衡量太阳能集光器效率的主要标准之一。相对于传统太阳能电池，荧光太阳能集光器具有成本低、制备简单、透明度高、重量轻、颜色易调、加工性能好、可在散射光下工作等优势。

2、目前，大部分研究多集中在单层荧光太阳能集光器上，单层荧光太阳能集光器是由荧光材料和透明聚合物薄膜或玻璃基底组成，荧光材料涂敷在玻璃基底表面或者嵌入到聚合物薄膜中。单层荧光太阳能集光器的性能主要取决于荧光材料的性能，目前，已经开发了多种荧光材料，如染料、半导体量子点、钙钛矿量子点以及碳点等，这些荧光材料已广泛应用于单层荧光太阳能集光器中。其特点是结构简单、易制备、量子产率较高，最大可达到90%以上、此外，单层荧光太阳能集光器的透明性较高、颜色易调节等。但单层荧光太阳能集光器也存在着许多不足，比如吸收和发射光谱的范围较窄且较为单一，不能充分利用太阳光、荧光材料直接暴露于空气中降低了其长期稳定性，外部光学效率相对较低。因此，为了进一步增强荧光太阳能集光器的光学性能，进而开发了由几个单层荧光太阳能集光器简单组合而形成的多层的荧光太阳能集光器，大大提升了太阳光的利用，增大了外部光学效率，但其荧光材料仍暴露在空气中，依然存在长期稳定性问题。

技术实现思路

1、针对上述存在的问题，本发明提供了一种基于染料与钙钛矿量子点的多夹层型的荧光太阳能集光器及制备方法，其目的是将不同发射的荧光材料与聚合物波导材料集中于一个荧光太阳能集光器器件中，这种结构可以扩大吸收和发射光谱，大大提高对于荧光太阳能集光器的光学效率，通过隔绝氧和水，提高了荧光材料的长期稳定性，这种结构也降低了释放有毒荧光材料的风险和减少对环境的污染。

2、为达到上述目的，本发明的具体方案是一种基于染料与钙钛矿量子点的多夹层型的荧光太阳能集光器及制备方法，其结构特征为双夹层或三夹层结构，其中双夹层结构是由量子点/两种染料组成的两种双夹层结构，即上层为包含ctab包裹cspbbr3量子点的eva树脂层，下层为包含染料yellow083或者染料red305的eva树脂层，上下两个树脂层分别用光学玻璃片进行分隔，并且在最上层再用光学玻璃片覆盖；三夹层结构分为三层，其中上层包含ctab包裹的cspbbr3量子点的eva树脂层，中层为包含染料yellow083的eva树脂层，下层为包含染料red305的eva树脂层，上中下三个树脂层分别用光学玻璃片进行分隔，并且在最上层再用光学玻璃片覆盖。这种结构可以提高荧光材料稳定性、扩大吸收与发射光谱，增强光学效率，并可实现大规模的制备。

3、制备方法包括以下步骤：

4、含有量子点/染料与波导材料的悬浮/溶液的制备：首先，将eva树脂溶于甲苯中配制一定质量比的eva树脂甲苯溶液，将合成的含有ctab包裹的cspbbr3量子点溶于甲苯配制成一定质量比的量子点甲苯悬浮液，将染料red305与染料yellow083分别与甲苯混合配制成一定质量比的染料甲苯溶液，最后，分别制备一定质量比的含有ctab包裹的cspbbr3量子点的eva甲苯悬浮液，制备一定质量比的含有yellow083的eva甲苯溶液，制备一定质量比的含有red305的eva甲苯溶液，分别得到三种荧光材料-聚合物波导材料混合溶液；

5、单层荧光太阳能集光器的制备：将一定量的（1）中获得的三种混合溶液分别滴加在光学玻璃片上，并一定温度下放置，待溶剂完全挥发，即得单层荧光太阳能集光器。其中，ctab包裹的cspbbr3量子点的eva树脂甲苯悬浮液在厚度为0.33 mm的光学玻璃片上成膜，染料yellow083的eva树脂甲苯溶液分别在厚度为0.33 mm和1 mm的光学玻璃片上成膜，染料red305的eva甲苯溶液分别在厚度为0.5 mm和1 mm的光学玻璃片上成膜；

6、双夹层荧光太阳能集光器的制备：将（2）中制备得到的3个单层集光器按照上下的顺序eva树脂层朝上叠加放置(其中染料yellow083的eva树脂层和染料red305的eva树脂层在厚度为1 mm光学玻璃上成膜），再在上层树脂上覆盖一层厚度为0.33 mm的光学玻璃片，随后在一定温度下烘制，即得到双夹层的荧光太阳能集光器。其中，上层为ctab包裹cspbbr3量子点的eva树脂层，下层为染料yellow083的eva树脂层或者染料red305的eva树脂层；

7、（4）三夹层荧光太阳能集光器的制备：将（2）中制备得到的3个单层集光器按照上中下的顺序eva树脂层朝上叠加放置（其中染料yellow083的eva树脂层在厚度为0.33 mm光学玻璃上成膜，染料red305的eva树脂层在厚度为0.5 mm光学玻璃上成膜），再在上层树脂上覆盖一层厚度为0.33 mm的光学玻璃片，随后在一定温度下烘制，即得到三夹层的荧光太阳能集光器，其中，上层为含有ctab包裹cspbbr3量子点的eva树脂层，中层为含有yellow083的eva树脂层，下层为含有red305的eva树脂层。

8、在上述制备方法中，所述步骤（1）中，eva树脂在甲苯中的质量占比为15%-20%；

9、在上述制备方法中，所述步骤（1）中，含有ctab包裹的cspbbr3量子点在甲苯中的质量占比为0.5%-1%；

10、在上述制备方法中，所述步骤（1）中，染料red305在甲苯中质量占比为0.05%-0.1%；

11、在上述制备方法中，所述步骤（1）中，染料yellow083在甲苯中质量占比为0.05%-0.1%；

12、在上述制备方法中，所述步骤（1）中，含有ctab包裹的cspbbr3量子点与eva树脂在甲苯悬浮液中质量比为0.5 %-1 %；

13、在上述制备方法中，所述步骤（1）中，染料yellow083与eva树脂在甲苯溶液中质量比为0.05 %-0.1%；

14、在上述制备方法中，所述步骤（1）中，染料red305与eva树脂在甲苯溶液中质量比为0.05%-0.1%；

15、在上述制备方法中，所述步骤（2）中，溶剂挥发温度为25-30℃；

16、在上述制备方法中，所述步骤（2）中，溶剂挥发时间为0.5-2 h；

17、在上述制备方法中，所述步骤（2）中，量子点/染料的eva树脂甲苯溶液滴涂在光学玻璃片上的体积为550 ul-2.3 ml；

18、在上述制备方法中，所述步骤（3）与（4）中，烘制温度为 70-100℃；

19、在上述制备方法中，所述步骤（3）与（4）中，烘制时间为 0.5-2 h；

20、在上述制备方法中，所述步骤（3）与（4）中，双夹层与三夹层荧光太阳能集光器的总厚度控制在2 ±0.05 mm。

21、通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

22、1）本发明通过使用ctab包裹的钙钛矿量子点作为荧光材料，相对于常规的油胺或油酸

23、作为配体的钙钛矿量子点的稳定性高，量子产率可以达到80%。

24、2）本发明使用eva树脂作为聚合物波导材料，不仅可以有效提升成膜水平，还可以作

25、为热熔胶来有效粘合多夹层的结构。

26、3）本发明使用多夹层结构，相对于单层荧光太阳能集光器而言，多夹层荧光太阳能集光

27、器具有较高的外部光学效率和长期稳定的光学性能。此外，制备方法简单，可实现荧光太阳能集光器的大规模制备。

28、总而言之，本发明所构思的以上技术方案与现有的技术相比，能够取得外部光学效率高，稳定性好，污染小等有益效果。