[发明专利]使用钙钛矿结构的发光太阳能聚光器

说明书

本发明的目的是一种发光太阳能聚光器，其包含玻璃或塑料基体，该玻璃或塑料基体含有或覆盖有具有来自间隙内状态的发光的钙钛矿。

技术领域

本发明涉及一种根据主要权利要求的前序部分的发光太阳能聚光器。

背景技术

众所周知，发光太阳能聚光器(或LSC)包含限定了聚光器本体的玻璃或塑料基体或波导，该聚光器的主体涂覆或掺杂有通常被称为荧光团的高发射性元素或组分。直射和/或漫射的太阳光被这些荧光团吸收并以更长的波长被重新接纳(readmitted)。如此产生的发光通过全内反射向波导的边缘传播，并通过附着在聚光器本体周边的高效光伏电池转换为电能。

近来，已经提出了将发光太阳能聚光器作为对用于光伏一体化建筑(或BIPV)系统，诸如有可能将建筑物的饰面转换为电能发生器的半透明光伏窗户结构的常规光伏模块的有效补充。由于光学功能机制及其设计/制造的多功能性，这些LSC具有许多优点；实际上：i)通过在大面积上收集太阳光，通常为板状或片状的LSC的构型会在周边的光伏器件上产生可观的入射光密度，从而产生高的光电流；ii)由于LSC使用较少量的光伏材料用于光电转换，因此它们使得使用具有比常规硅电池(其制作昂贵使其大量使用昂贵)更高效率的光伏器件成为可能；iii)由波导引起的周边的光伏电池的间接发光使LSC基本上不受由于器件的局部遮蔽而产生的效率损失和有害电应力的影响，而常规的光伏模块会发生这种情况；iv)在形状、透明度、颜色和柔韧性方面，LSC可以无可比拟的自由度来制造，并且通过其设计可在没有电极的情况下通过半透明的波导来收集太阳能，对美学的影响基本上为零，这使其理想地适合于建筑物的窗玻璃系统，并可能为建筑师提供用于进一步增强建筑物的美学价值的工具。

尽管有这样的希望，但长期以来，由于缺乏在其吸收与发射曲线之间具有足够小的光谱重叠以抑制所引导的发光的再吸收的荧光团，导致了在大尺寸器件内的严重的光学损失，LSC的广泛使用受到了阻碍。这是由于非放射性衰变的概率(其随着再辐射事件的数量成指数下降)和发射过程的各向同性性质(其使得引导的光的传播方向成为因果要素，增加了由斯涅尔(Snell)物理定律规定的临界全内反射角之外的撞击LSC表面的发射的光子数量)。

为了获得有效的LSC，荧光团必须具有高的发光效率和在其自身的吸收与光发射谱之间最大可能的能量分离(或术语“斯托克斯位移”)。此要求对于制造大型聚光器是必要的,在该大型聚光器中由给定的荧光团发出的光在到达聚光器本体(通常但并非唯一地呈层状或片状形状)的边缘之前必须经过较大距离。

基于卤化铅的钙钛矿纳米结构(以下也用NS表示)(其杂化的有机-无机MAPbX₃(MA＝CH₃NH₃；X＝Cl、Br、I)化学组合物，和完全无机形式的铅和铯的卤化物(CsPbX₃))最近都已成为从光伏电池延伸到二极管和激光器的各种光电和光子技术的潜在候选者。像已知的硫属化物纳米结构一样，可通过控制尺寸、形状和组成来调节钙钛矿NS的光学性质，其可通过合成后的卤素交换反应容易地改变；通过这些可获得跨整个可见光谱的发射光谱。

然而，CsPbX₃和MAPbX₃类型的所述常规的钙钛矿纳米结构的光吸收与发光之间的光谱分离非常小，这导致LSC中的效率损失很大。

再次，由于这个原因，在文献中一直没有报告关于将在吸收与光发射之间具有小的光谱重叠的钙钛矿NS应用于LSC的研究。

发明内容

本发明的目的是提供一种发光太阳能聚光器或LSC，其与已知的方案和已公开但仍处于实际应用的调查阶段的方案相比得到了改进。

特别地，本发明的一个目的是提供一种具有高效率的发光太阳能聚光器，或者由于再吸收而导致的光学损失非常小或者在任何情况下如果不为零也可以忽略不计的发光太阳能聚光器。