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《武汉理工大学》 2017年
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掺有机染料DCJTB的PMMA荧光太阳能集光器的制备与性能研究

周微  
【摘要】:荧光太阳能集光器作为一种新型的太阳能利用器件,是一种非跟踪型装置,它的使用可降低光伏发电高成本等问题,具有广阔的应用前景。但是荧光太阳能集光器的光电性能受到其主体材料、荧光物质等因素的影响。因此,本文以聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)为基质,首次制备了掺有机染料DCJTB以及有机染料DCJTB与Ag纳米颗粒共掺的荧光太阳能集光器,同时制备了掺有机染料DCJTB以及有机染料DCJTB与Au纳米颗粒共掺的薄膜荧光太阳能集光器,研究不同存在条件下的荧光物质对荧光太阳能集光器的光电性能的影响。主要研究结果及创新点如下:(1)掺有机染料DCJTB的LSCs,随有机染料掺杂浓度从0.00625 mM增加到0.05 mM时,发射峰最大波长从555 nm增加到561 nm,而吸收和发射光谱的最大波长之间的差值从58 nm降低到47 nm。当有机染料DCJTB掺入浓度为0.05 mM时,太阳能电池的电流密度、光学效率、开路电压、填充因子和功率转换效率分别为6.38 mA/cm~2,8.29%,0.47 V,62.15%和1.96%。IPCE光谱在波长425-600 nm范围内有明显响应,在526 nm附近获得约9.0%的IPCE最大值。(2)Ag-DCJTB共掺的LSCs:随着DCJTB浓度的升高,400-580 nm波段透过率逐渐下降,而紫外可见吸收光谱吸收峰的强度则逐渐增加并趋于稳定,同时伴有吸收峰的蓝移现象,样品荧光发射光谱的强度则随着染料浓度的升高先增加后降低,并发生轻微的峰位红移现象。所有样品荧光增强因子均大于1,说明Ag纳米颗粒的引入有利于增强LSCs体系中有机染料的荧光性能。当染料浓度为0.003125 mM时,组装有LSCs的太阳能电池光电转换效率最佳,而当有机染料浓度为0.05 mM时,LSCs在526 nm处获得IPCE的最大值。随着Ag掺入量的增加,LSCs的光吸收增加而透过率降低。荧光峰强度先增加后减小。Ag纳米颗粒浓度为0.48 mM时,光电转换效率达到最大值,IPCE光谱显示当Ag纳米颗粒的掺入量为0.48 mM时在515 nm处增加幅度最大。(3)随着膜厚增加,薄膜LSCs对光的吸收也显着增加,荧光强度增加,发射峰波长显示出红移效应。薄膜LSCs的绝对荧光量子效率Φ_f值从59.09%降低到51.91%,而最大发射波长与吸收波长之间的差值Δλs则随着膜厚的增加而增加。与太阳能电池装配后,太阳能电池的短路电流密度,光学效率和光电转换效率的值随着薄膜厚度的增加而增加。薄膜LSCs厚度为4.00μm时,可获得最大的光电转换效率。(4)掺Au薄膜LSCs中,随着Au纳米颗粒掺入浓度增加,光吸收增加,荧光强度也逐渐增大。吸收峰位置发生了轻微的红移。掺Au薄膜LSCs具有较大的斯托克斯位移,因此染料的自吸收效应较小,荧光峰位置没有发生明显的偏移。与太阳能电池装配后,太阳能电池的J_(sc),η_(opt)和η值随着掺Au浓度增加而增加。在Au浓度为1.00 mM时,太阳能电池的V_(oc)、J_(sc)、FF和η的值分别为0.52 V、30.30 mA/cm~2、67.56%和10.56%。
【学位授予单位】:武汉理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TK513.1

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