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功率技術/新能源  

科學家以量子點窗戶打造太陽能聚光板

上網時間: 2014年04月22日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:量子點  顯示器  QDEF  太陽能  採集器 

量子點技術已經徹底改變顯示器應用了,例如廣受喜愛的 Kindle Fire 電子書閱讀器的背光使用了Nanosys公司製造的量子點增強薄膜(QDEF)。如今,研究人員們打算用量子點徹底改造太陽能聚光器。

經由內建的量子點採集來自太陽的光源,研究人員們期望能將窗戶變成高效率的太陽能板聚光器。其作法是將太陽光電(PV)電池放在注入量子點的窗戶邊緣,使其轉變成為發光的太陽能聚光器(LSC)。美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室(Los Alamos National Laboratory;LANL)與義大利米蘭比可卡大學(University of Milano-Bicocca;UNIMIB)合作,最近展示這種為這種LSC窗戶實現大於10%的光學效率。

透明的量子點窗格材料在紫外線的照射下發光
透明的量子點窗格材料在紫外線的照射下發光
(來源:Los Alamos National Laboratory)

「我們的裝置是一款光採集器——這款聚光器能夠從較大區域擷取光源並將其導入更小的PV電池,」LANL先進太陽能光物理中心(CASP)的首席研究員Victor Klimov表示。

針對概念性驗證展示,Klimov的研究團隊們在UNIMIB的協助下,將量子點嵌入於一個邊緣圍繞PV太陽電池的透明塑料中。

量子點是高效率的發射器,可展現接近100%的發光效率,但以往嘗試用於實際尺寸的LSC 並未取得成功。其問題在於量子點重新吸收許多原應被邊緣PV電池採集的再發射光子。為了解決這個問題,Klimov與其同事採用斯托克斯位移(Stokes-shift)法,開發出可改變再發射光子波長的量子點。

利用19世紀愛爾蘭物理學家George Stokes發明的斯托克斯位移法,可設計成為結合硒化鎘(CdSe)和硫化鎘(CdS)兩種不同材料的量子點。小型的CdSe核心作為發射核心,而CdS厚殼則扮演集光天線的角色。由於CdS的能隙較CdSe更寬,由CdSe核心發射的光表現出更大的低能量轉移。該策略導致大量的斯托克斯位移,從而有助於減少吸收損失。


當CdS內部核心嵌入可將太陽能導入窗緣太陽電池的PMMA窗格時,CdSe量子點吸收光子,然後從CdS核心以不同的波長重新發射能量。

研究人員們證實了所取得的LSC設備可達到大約10%的光採集效率,以及幾乎無損失的再吸收。經由模擬顯示,這些裝置的實際尺寸還可擴展到超過1公尺。

LANL的研究人員們開發出厚殼的CdSe/CdS量子點,而義大利團隊們則負責將開發結果嵌入較大的PMMA組合物中。

編譯:Susan Hong

(參考原文:Quantum-Dot Windows Harvest Solar Energy,by R. Colin Johnson)





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