一种平面荧光聚光器及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于太阳能聚光器领域，具体是一种平面荧光聚光器及其制备方法。
【背景技术】
[0002]铜铟硫，化学式为CuInS2，简称CIS。根据合成温度的差异，CIS会表现出三种不同的晶体结构，在低于980°C时表现为黄铜矿结构，高于1050°C时则为纤维锌矿结构，而介于980~1050°C时表现为闪锌矿结构。不同晶体结构的CIS具有不同的特性，纤维锌矿结构的CIS是一种高温状态下的亚稳态结构，而黄铜矿结构为热力学稳定态，因此大部分CIS是以黄铜矿结构而稳定存在。
[0003]CIS是1-1I1- VI族三元半导体化合物，具有如下优点:
(1)禁带宽度为1.53eV，与太阳能电池的最佳禁带宽度(1.45eV)十分接近；
(2)光吸收系数大，高达15Cm\比其他荧光材料普遍高；
(3)直接能隙半导体，可以减少少数载流子的扩散；
(4)对光和热的稳定性好；
(5)与CdS、PbS等其他太阳能电池光电转换材料相比，CIS不含任何有毒成分，对环境无污染。
[0004]因此，CIS化合物作为太阳能电池光转换材料在太阳能发电领域得到广泛研究。以CIS作为光转化层材料制备的薄膜太阳能电池，具有使用寿命长、无光致衰退效应、抗干扰、抗辐射能力强等优点，加上薄膜太阳能电池的廉价、柔性等特点，被认为是现阶段最具有发展前景的太阳能电池。同时，由于Cis还具有光转换效率高、宽带吸收与发射以及表面可修饰等特性，可广泛应用于发光器件、光转换器件和生物检测、标记与分析等领域。
[0005]过去，由于制备方法和检测手段的相对落后与不足，使得CIS纳米粒子的合成制备比较困难，因此限制了 CIS的深入研究及其应用领域的推广。根据现有专利文献报道，目前CIS纳米粒子主要应用于太阳能电池中的光转化层材料，如聚合物太阳能电池、薄膜太阳能电池等领域，以提高太阳能电池的光电转换效率。CN104112786A专利文件(申请号201410315452.9)提出一种铜铟硫/钙钛矿体异质结太阳能电池及其制备方法，该发明构造一种新型结构及其制备方法，使得太阳能电池中的光转化层不需再在高温下烧结，且铜铟硫与钙钛矿的混合物成膜性能好，易加工，大大提高太阳能电池器件制作的成功率。CN102034898A专利文件(申请号201010512652.5)提出一种太阳电池用铜铟硫光电薄膜材料的制备方法，该发明提出不需要高温高真空条件即可制备高性能的铜铟硫光电薄膜，仪器设备要求低，操作性强，同时降低薄膜太阳能电池的生产成本。
[0006]目前，有关CIS纳米粒子的应用研究主要是围绕太阳能电池中的光转化层材料而展开的，毋庸置疑的是，在太阳能电池中通过使用CIS作为光吸收层或光转化层材料，可以增加太阳能电池对太阳光的吸收与转化，从而提高太阳能电池的光电转换效率。但是，由于薄膜太阳能电池的本身缺陷，如光电转换效率低、制备工艺复杂、生产成本高等不足，限制了 CIS的广泛应用。
【发明内容】
[0007]本发明的目的是提供一种铜铟硫量子点平面荧光聚光器。
[0008]本发明的另一目的是提供该平面荧光聚光器的制备方法。
[0009]为达到上述目的之一，本发明采用以下技术方案:
一种平面荧光聚光器，包括荧光物质和平面光波导，所述荧光物质为铜铟硫量子点材料。
[0010]进一步地，所述焚光物质的外层包裹ZnS。
[0011 ] 进一步地，所述平面光波导为高分子聚合物。
[0012]进一步地，所述高分子聚合物为聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚二甲基硅氧烷或聚乙烯。
[0013]进一步地，所述铜铟硫量子点材料按照如下方法制备:在烧瓶中加入碘化亚铜和醋酸铟，然后依次加入十二硫醇和有机介质，搅拌混合均匀，在惰性气体保护下，将混合溶液升温加热反应，直到混合溶液由黑色转变为淡红色，停止加热并冷却至室温，去除杂质，最后真空干燥得到铜铟硫量子点材料。
[0014]进一步地，所述碘化亚铜和醋酸铟的摩尔比是1:1，所述十二硫醇的用量是Imol碘化亚铜使用10~20mL十二硫醇。
[0015]前面所述平面荧光聚光器的制备方法，包括以下步骤:
(1)将铜铟硫量子点材料均匀分散于有机溶剂中；
(2)用高分子聚合物制作平面光波导；
(3 )将步骤(I)的混合溶液涂覆在平面光波导表面或者封装于平面光波导中，形成平面荧光聚光器。
[0016]进一步地，步骤(2)的高分子聚合物聚甲基丙烯酸甲酯，制作平面光波导包括以下步骤:
(1)称取偶氮二异丁腈于烧杯，加入甲基丙烯酸甲酯，并使其完全溶解，待溶液呈无色透明状时将混合溶液转移至烧瓶中；
(2)加热烧瓶，反应至有粘稠物出现时停止加热，将粘稠物倒入模具中，静置排出气泡；
(3)加热模具进行终聚合，当模具内的聚合物成为固态时继续升高温度，并保温完成聚合，随后冷却至室温；
(4)从模具中取出聚甲基丙烯酸甲酯，经过切割、抛光、清洗、干燥后制作成平面光波
B
寸ο
[0017]进一步地，步骤(3)中，所述涂覆为印刷或者旋涂或者喷涂；所述封装为通过层压技术将铜铟硫量子点荧光物质封装于平面光波导中。
[0018]前面所述平面荧光聚光器的制备方法，具体是:将铜铟硫量子点材料均匀分散于有机溶剂中，在合成高分子聚合物时加入到原料中，反应后得到掺杂铜铟硫量子点材料的平面光波导，经切割、抛光、清洗、干燥后得到平面荧光聚光器。
[0019]进一步地，高分子聚合物聚甲基丙烯酸甲酯，该制备方法包括以下步骤:
(I)将铜铟硫量子点材料均匀分散于有机溶剂中； (2)依次将偶氮二异丁腈、甲基丙烯酸甲酯加到步骤(2)的混合溶液中，并使其完全溶解，将混合溶液转移至烧瓶中；
(3)加热烧瓶，反应至有粘稠物出现时停止加热，将粘稠物倒入模具中，静置；
(4)加热模具并保温，当模具内的聚合物成为固态时继续升高温度，并保温，随后冷却至室温；
(5)从模具中取出含铜铟硫量子点的聚甲基丙烯酸甲酯，经过切割、抛光、清洗、干燥后制作成平面荧光聚光器。
[0020]前面所述平面荧光聚光器的制备方法，具体是:将铜铟硫量子点材料、制备平面光波导的高分子聚合物溶解于有机溶剂中，所得混合液经加热制成掺杂铜铟硫量子点材料的平面光波导，经切割、抛光、清洗、干燥后得到平面荧光聚光器。
[0021]进一步地，高分子聚合物聚甲基丙烯酸甲酯，该制备方法包括以下步骤:
(1)将铜铟硫量子点材料均匀分散于有机溶剂中；
(2)将聚甲基丙烯酸甲酯溶解于有机溶剂中；
(3)向步骤(2)的混合溶液加入到步骤(I)的混合溶液中，经超声、搅拌混合均匀，再将所得混合溶液倒入模具中，静置；
(4)加热模具并保温，当模具内的聚合物成为固态时继续升高温度，并保温，随后冷却至室温；
(5)从模具中取出含铜铟硫量子点的聚甲基丙烯酸甲酯，经过切割、抛光、清洗、干燥后制作成平面荧光聚光器。
[0022]本发明具有以下有益效果:
I本发明选用高效、稳定性好且无污染的新型CIS-QDs材料充当平面荧光聚光器(LPC)的荧光物质，CIS-QDs作为光转换中心，能够把太阳光中的蓝紫光转换成红光。CIS具有与太阳能电池的最佳禁带宽度十分接近、光吸收系数高、对光和热的稳定性好、不含重金属等有毒离子及超宽带发射等优良光学特性，将无光伏效应或光伏效应低的高能光子转换为具有尚效光伏效应的低能光子，以提尚现有太阳能发电系统的光电转换效率。
[0023]2本发明采用优良光学特性、物理化学性能稳定且易成型加工的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)材料为LPC的平面光波导材料。通过物理或化学方法将上述荧光材料与平面光波导复合制作成LPC，能满足所有类型太阳能电池的聚光使用需求，包括单晶硅、多晶硅、非晶硅薄膜及有机聚合物等太阳能电池。本发明的LPC能够代替太阳能电池收集太阳光，避免太阳能电池活性表面在太阳光下直接暴晒，减少太阳能电池使用量，延长太阳能电池的使用寿命；简化太阳能电池的安装过程，缩小太阳能发电系统的占用空间，拓宽太阳能发电市场，从而大大降低光伏发电系统的生产和维护成本。
[0024]3传统聚光器为透镜或圆锥形状，本发明构造的量子点LPC为平板结构，具有透明或半透明特性，由有机高分子材料制成，其优异的光学性能、机械性能和便利的成型工艺，为LPC的大规模产业化提供足够的可能性。同时，LPC将发挥出传统聚光器无可比拟的优势，通过与现代建筑相结合，用LPC代替玻璃幕墙或房顶，实现光伏建筑一体化，不仅保留玻璃幕墙的现代气息，还具备光伏发电的功能，达到一举两得的功效。
[0025]本发明的具体应用方式为:把与所用LPC侧面面积相一致的太阳能电池安装于聚光器的一个或多个侧面，并将聚光器放置于太阳光下，通过LPC对太阳光的吸收和折射，一大部分光线会进入到平面光波导内。其中满足一定条件的光线在光波导内会发生全反射现象，在经过多次全反射后最终传输到光波导侧面被太阳能电池吸收。同时，光波导中的CIS-QDs荧光材料吸收短波长光后，通过自身的光转换特性，发射出能被太阳电池有效吸收的长波长光，该长波长光经过多次内全反射传输到光波导侧面被太阳能电池吸收。如此结构起到吸收、传输或发射和汇聚光能的多重功效，太阳能电池接收到的光线不仅包含太阳本身部分，同时还包含有CIS-QDs的荧光发射部分，有效改善太阳能发电系统的光电转换效率。
[0026]综上所述，本发明首次将CIS应用到平面荧光聚光器领域，与铜铟硫量子点的传统应用领域相比，本发明可以更大程度发挥出铜铟硫量子点的独特优势，使得铜铟硫量子点具有更广阔的应用前景。由于CIS量子点是一种光热稳定性好、高效荧光且绿色环保型量子点荧光材料，将它与平面光波导技术和太阳能电池相结合，构造出一种新型LPC，不仅可以加快推广CIS材