科学家计划用量子点技术彻底改造太阳能聚光器

据电子工程专辑报导，研究人员们正计划用量子点技术彻底改造太阳能聚光器。经由内建的量子点采集来自太阳的光源，研究人员们期望能将窗户变成高效率的太阳能板聚光器。

美国洛斯阿拉莫斯国家实验室(Los Alamos National Laboratory，LANL)与意大利米兰比可卡大学(University of Milano-Bicocca，UNIMIB)合作，最近展示了为这种LSC窗户实现大于10%的光学效率。其作法是将太阳光电(PV)电池放在注入量子点的窗户边缘，使其转变成为发光的太阳能聚光器(LSC)。
LANL先进太阳能光物理中心(CASP)的首席研究员Victor Klimov表示，“我们的装置是一款光采集器——这款聚光器能够从较大区域撷取光源并将其导入更小的PV电池。” 针对概念性验证展示，Klimov的研究团队们在UNIMIB的协助下，将量子点嵌入于一个边缘围绕PV太阳电池的透明塑料中。

量子点是高效率的发射器，可展现接近100%的发光效率，但以往尝试用于实际尺寸的LSC 并未取得成功。其问题在于量子点重新吸收许多原应被边缘PV电池采集的再发射光子。为了解决这个问题，Klimov与其同事采用斯托克斯位移(Stokes-shift)法，开发出可改变再发射光子波长的量子点。

利用19世纪爱尔兰物理学家George Stokes发明的斯托克斯位移法，可设计成为结合硒化镉(CdSe)和硫化镉(CdS)两种不同材料的量子点。小型的CdSe核心作为发射核心，而CdS厚壳则扮演集光天线的角色。由于CdS的能隙较CdSe更宽，由CdSe核心发射的光表现出更大的低能量转移。该策略导致大量的斯托克斯位移，从而有助于减少吸收损失。


当CdS内部核心嵌入可将太阳能导入窗缘太阳电池的PMMA窗格时，CdSe量子点吸收光子，然后从CdS核心以不同的波长重新发射能量。

研究人员们证实了所取得的LSC设备可达到大约10%的光采集效率，以及几乎无损失的再吸收。经由模拟显示，这些装置的实际尺寸还可扩展到超过1米。

LANL的研究人员们开发出厚壳的CdSe/CdS量子点，而意大利团队们则负责将开发结果嵌入较大的PMMA组合物中。