本示意圖顯示了量子點如何嵌入塑料矩陣中并捕獲陽光以提高太陽能電池板效率。

洛杉磯阿拉莫斯國家實驗室和大學米蘭 - 雙科卡的新研究表明，量子點的卓越發光性能可以應用于太陽能，促進太陽能電池的輸出并允許將光伏有源架構元素集成到建筑物。

由于Los Alamos國家實驗室研究人員與來自米蘭 - Biccca（Unimib），意大利大學的科學家合作，借助最近的Quantum-Dot工作，這是太陽能電池板的房屋窗口。他們的項目表明，通過幫助更有效地收獲陽光，可以在太陽能中應用量子點的卓越的發光性能。

“關鍵成就是使用新一代特殊工程量子點的大面積發光太陽能集中器的演示，”Los Alamos的先進太陽能光學學士學位（Casp）中心的領導研究員Victor Klimov表示。

量子點是超小的半導體物質，可以通過現代膠體化學方法用幾乎原子精度合成。它們的發光顏色可以通過簡單地改變它們的尺寸來調整。顏色可調性與高排放效率相結合，接近100％。這些特性最近成為新技術 - 量子點顯示器的基礎 - 例如，在新的Gindle Fire電子閱讀器的最新生成中使用。

光收獲天線

發光太陽能聚光器（LSC）是光子管理裝置，表示透明材料板，其含有高效發射器，例如染料分子或量子點。在板坯中吸收的陽光以更長的波長重新輻射并引導朝向配備有太陽能電池的平板邊緣。

Klimov解釋說：“LSC用作光收集天線，其將從大面積收集到更小的太陽能電池的太陽輻射，這增加了其功率輸出。”

“LSCS特別有吸引力，因為除了提高效率外，它們還可以實現新的有趣概念，如光伏窗口，可以將房屋外觀轉變為大區域能源生成單位，”Sergio Brovelli（Los Alamos）曾直到2012年工作，是現在在Unimib的教師。

由于高效，可調發射和解決方案可加工性，量子點是用于廉價，大面積LSC的有吸引力的材料。然而，一個挑戰是點在點中的發射和吸收帶之間的重疊，這導致顯著的光損失由于重新吸收它們產生的一些光而導致顯著的光損失。

“巨人”但仍然微小，工程點

為了克服這個問題，LOS Alamos和Unimib的研究人員已經基于量子點開發了LSCS，其在發射和吸收帶（稱為大型Stokes Shift）之間是人工誘導的大分離。

這些“Stokes-Shift”工程化量子點代表硒化鎘/硫化鎘（CDSE / Cds）結構，其中光吸收由CD的超厚外殼支配，而發射發生在較窄間隙Cdse的內核。在納米結構的兩個不同部分之間的光吸收和發光功能的分離導致相對于吸收的發射的大的光譜轉變，這極大地降低了對再吸收的損失。

為了實現這一概念，LOS Alamos研究人員創造了一系列厚殼（所謂的“巨頭”）Cdse / CDSumporum點，其被意大利合作伙伴融入大型板（大小厘米）的聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA ）。雖然量子點標準較大，但活躍的顆粒仍然是微小的 - 僅在跨越大約一百埃。相比之下，人的頭發寬約500,000埃。

“這項項目成功的關鍵是在Unimib材料科學部門開發的”鑄造細胞鑄造的改良工業方法“”圍堰物理學教授Francesco Meinardi表示。

光譜測量結果表明在幾十厘米的距離上沒有損失。此外，使用模擬太陽輻射的測試顯示了在幾乎透明的樣品中可獲得的每次吸收光子的高約10％的高光子收割效率，完全適合于作為光伏窗口的利用。

盡管透明度高，所以制造的結構表現出顯著提高太陽能通量，濃度率超過四個。這些令人興奮的結果表明，“斯托克斯轉向工程化”量子點代表了一個有前途的材料平臺。它可以使得可以創建具有獨立可調發射和吸收光譜的解決方案可處理的大面積LSC。

資金：高級太陽能光學學士學位（CASP）是由美國能源部科學辦公室資助的能源前沿研究中心。

UNIMIB團隊的工作是在UNIMIB材料科學系中進行的，由Fondazione Cariplo（2012-0844）和歐洲共同體的第七框架計劃（FP7 / 2007-2013; Grant協議號324603）進行資助。

出版物：Francesco Meinardi等，“大型發光太陽能集中器”基于“斯托克斯轉向工程”納米晶體中的大型聚合PMMA矩陣，“自然光子（2014）; DOI：10.1038 / nphoton.2014.54

圖像：洛杉磯阿拉莫斯國家實驗室