基于CsPbBr3的可透光太阳能集中器的组装与设计

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作为现有硅基光伏(Si-PV)系统的补充,大面积可透光太阳能集中器(LSCs)仍然面临着能量转换效率(PCE)低的问题,如何提高LSCs的性能仍然是目前研究的热点。在传统的LSCs中,从荧光材料耦合到LSCs边缘的光只有单一的荧光传输模式,LSCs的效率一般都不高,对于大面积的LSCs其效率则更低。此外,大面积的太阳能集中器的制备和实际应用的报道仍然较少,对大面积LSCs理论模型的研究也不完善。鉴于以上问题,本文提出了一种利用荧光和散射光双重传输模式来提高LSCs性能的新方法。本文制备的双传输模式LSCs由集光片和太阳能电池板组成,并且采取光聚合的方式制备集光片。LSCs的组装首先是将Cs Pb Br3纳米晶和纳米Ti O2加入甲基丙烯酸甲酯(MMA)溶液,并倒入模具中使用紫外光进行光聚合。聚合后取出集光片,并对集光片打磨和切割,最后将太阳能电池耦合在集光片的边缘,即完成LSCs的组装。本文提出的双传输模式太阳能集中器除了具有单一的Cs Pb Br3纳米晶荧光传输模式,同时引入纳米Ti O2散射源,增加散射传输模式。论文详细研究了纳米Ti O2在太阳能集中器中形成散射源的机理,及Ti O2对Cs Pb Br3纳米晶荧光的影响,优化Ti O2的掺杂量。最终优化的面积为5cm×5cm的双模式太阳能集中器的能量转化效率为2.62%,大于单模式下的1.94%。本文研究了双传输模式的太阳能集中器的面积和器件性能的影响并建立理论模型。研究发现面积变化对大面积太阳能集中器的影响很大,确定了最优尺寸为20cm×20cm。本文制备的大面积(20cm×20cm)双传输模式的集中器,其能量转化效率为1.82%,远远高于单模式下的0.97%。本文还建立了Ti O2浓度与散射光强的理论模型,确定了Ti O2的散射对器件性能的影响,解释了散射带来效率提高和光学性质变化的原因。最终本文制备的大面积双传输模式LSCs的PCE为1.82%,并使用大面积双传输模式的LSCs点亮了串联的LED。本文提出的利用荧光和散射光双重传输模式来提高LSCs性能的新方法,不仅制备工艺简单、成本低,而且大幅提高LSCs的PCE,为大面积、实用的LSCs打开了一个新的思路,在建筑领域具有巨大的应用前景。此外,本文对具有散射源的LSCs建立散射模型,有助于理解和分析LSCs各项参数变化的原因以及预测LSCs的性能。本文对LSCs的面积研究和理论分析也为后续进一步改善LSCs性能提供帮助。
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