一种夹胶玻璃结构太阳能荧光聚光器电池的制备方法与流程

本发明属于聚光器技术领域，涉及一种荧光聚光器电池的制作方法，尤其是一种夹胶玻璃结构太阳能荧光聚光器电池的制备方法，所制备的电池可以在路灯、幕墙和蔬菜大棚建造中应用，具有能量来源安全、节能效果好、环保等。

背景技术：

太阳能荧光聚光器(luminescencesolarconcentrator)是将生色团(如荧光染料或量子点)分散到聚合物等波导材料中并涂覆在载体表面，用以捕获太阳光后再将其转化为荧光，并利用全反射原理，将荧光传导到装置边缘的一种光学器件。将硅基太阳能电池安装在荧光聚光器的边缘，可以有效地吸收高强度的荧光，从而提高太阳能电池的光电转换效率。更为重要的是荧光聚光技术可以有效降低太阳能电池的使用量，从而大幅度地降低发电成本。除此之外，荧光聚光器制备工艺简单、质量轻便、透光度可以根据实际需要进行调节并且能利用任意角度入射的太阳光，可以广泛的安装在城市群的各个角落，例如窗户、屋顶、公交站台、玻璃结构蔬菜大棚和公园等。

目前的荧光聚光器电池通常将量子点分散到聚合物单体中，然后利用原位聚合形成荧光聚光器板；或者将量子点分散到聚合物中，利用刮涂技术涂覆在光波导材料(例如玻璃等)的表面，例如中国专利2018110448633公开了一种太阳能荧光聚光器及其制备方法，包括如下步骤：将量子点与聚合物溶液混合，形成量子点混合溶液，再将量子点混合溶液涂覆在波导载体表面，形成量子点薄膜聚光器，然后将太阳能电池安装在量子点薄膜聚光器上，制得太阳能荧光聚光器，其制备方法操作简单、成本低，利用该方法制备的太阳能荧光聚光器光电转化效率和稳定性优异；中国专利201810387427x公开了一种叠层式太阳能荧光聚光器及其制备方法，叠层式太阳能荧光聚光器包括至少两层平面荧光聚光器，所有平面荧光聚光器由上至下叠合在一起形成叠层式荧光聚光器，平面荧光聚光器主要是采用量子点和波导材料制成，位于顶层的平面荧光聚光器的量子点的吸收波长小于其他平面荧光聚光器的量子点的吸收波长，该叠层式太阳能荧光聚光器的光电转换效率高、器件稳定性好；叠层式太阳能荧光聚光器的制备方法是采用不同吸收波长的量子点和波导材料制成不同的平面荧光聚光器；将不同的平面荧光聚光器由上至下叠合形成叠层式荧光聚光器，该制备方法能显著提高太阳能荧光聚光器的光电转换效率，并提高太阳能荧光聚光器的器件稳定性；中国专利2016110009497公开了一种平面荧光聚光器，所述聚光器包括置于两侧边的太阳能电池，以及置于中间的从上至下依次设置的玻璃盖板、选择性反射层、上空气薄层、荧光平面光波导层、下空气薄层及高反射薄膜，其中荧光平面光波导层包括荧光物质和平面光波导，所述荧光物质置于平面光波导表面或平面光波导中，所述荧光物质为碳量子点材料。该平面聚光器能较好地起到吸收、传输或发射和汇聚光能的多重功效，使得太阳能电池接收到的光线不仅包含太阳本身部分，同时还包含有碳量子点的荧光发射部分，有效改善太阳能发电系统的光电转换效率；但是无论是单层还是叠层荧光聚光器，量子点均直接和周围环境接触，例如空气，水汽等，由于高湿度或者氧气分子会与量子点发生直接物理化学反应，从而影响量子点的光学性能，进一步降低荧光聚光器电池的效率和稳定性；同时，通常情况下，灰尘会覆盖在器件的表面，严重影响器件的光学吸收。由于量子点对水的敏感性，难以对器件表面进行清理，器件的实用性不高，急需寻求一种稳定性更好、实用性更高的太阳能荧光聚光器电池。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求提供一种夹胶玻璃结构太阳能荧光聚光器电池的制备方法，将荧光聚光器电池技术与夹胶玻璃技术结合，制备出性能更高、稳定性更好、光电转换效率更高、实用性更强的太阳能荧光聚光器电池。

为了实现上述目的，本发明涉及一种夹胶玻璃结构太阳能荧光聚光器电池的制备方法，具体操作步骤如下：

(1)制备量子点基胶片：将聚乙烯醇缩丁醛粉末、量子点粉末和增塑剂混合，利用匀速搅拌机进行物理混合，转速为1000转/分钟，搅拌30-60分钟，通过双螺杆挤出机挤出后经过流延冷却成型，制备完成量子点基胶片；

(2)玻璃板洗涤：选用两片玻璃板，先将玻璃板洗干净，去除污渍，再用去离子水冲洗，以清除玻璃表面的钙镁离子，然后将玻璃板烘干；

(3)合片：将量子点基胶片裁切成与玻璃板相同尺寸，然后将第一玻璃板放在工作台上，将裁切好的量子点基胶片铺在第一玻璃板上，最后将第二玻璃板平放在量子点基胶片上，使两片玻璃板和胶片完成密封式合片形成胶片玻璃整体；

(4)预压：在加热炉内将胶片玻璃整体加热到60℃，通过辊压机将两片玻璃板和中间量子点基胶片之间的空气压缩成小气泡，让两片玻璃板通过量子点基胶片粘连在一起，形成预压后玻璃整体；

(5)进釜：将预压后玻璃整体放入高压釜内并设置高压釜工作温度130℃、压力13.5mpa，使两片玻璃板和中间量子点基胶片之间的空气小气泡进一步压缩，直到将小气泡压缩到看不见为止，制备完成夹胶玻璃结构的太阳能荧光聚光器；

(6)安装太阳能电池：采用环氧树脂将与聚光器侧面面积相一致的太阳能电池以受光面面对聚光器的方式黏贴在夹胶玻璃结构荧光聚光器的一个或多个侧面上，制得夹胶玻璃结构太阳能荧光聚光器电池。

本发明所述的量子点基胶片各原料重量组份为：聚乙烯醇缩丁醛粉末70-99份，量子点粉末1-30份，增塑剂0-20份；量子点基胶片的厚度为0.5-3mm。

本发明所述的量子点为水溶性量子点，选自碳量子点、硅量子点、氮掺杂的碳量子点、cuins量子点、cuinse量子点、cuinsse量子点、cds量子点、cdse量子点、cdses量子点、cds/zns量子点、cuins/zns量子点、cuinse/zns量子点、cuinsse/zns量子点、pbs/zns量子点和pbs/cds量子点中的至少一种。

本发明所述的太阳能荧光聚光器电池形状为正方形，或是长方形，或是三角形，或是梯形，或是圆形，或是半圆形，或是多边形或为不规则形状，其吸光面面积为0.01m²-10m²，吸光面积越大，其光电转换效率越高。

本发明所述的太阳能电池选自燃料敏化电池、单晶硅电池、多晶硅电池或薄膜太阳能电池。

本发明所述的夹胶玻璃结构太阳能荧光聚光器电池的主体结构包括第一玻璃板、量子点基胶片、第二玻璃板和太阳能电池；第一玻璃板和第二玻璃板平行设置，其中间为量子点基胶片，量子点基胶片分别与第一玻璃板和第二玻璃板密封式连接，量子点基胶片的厚度为1.5mm；太阳能电池的面积与荧光聚光器的侧面面积相同并贴紧式安装在荧光聚光器的一个或多个侧面；其中量子点基胶片含有的量子点为粒径为3nm的碳量子点；聚光器电池在自然光强度30mw/cm²-100mw/cm²照射下的光电转换效率为3-6％。

本发明所述的夹胶玻璃结构太阳能荧光聚光器电池的制备方法还能够在步骤(6)的安装太阳能电池之前，将制备好的两个太阳能荧光聚光器平行设置，将分隔框设置在两个太阳能荧光聚光器中间以形成中空玻璃结构，分隔框与两个太阳能荧光聚光器相对面的四侧面固定连接，两个太阳能荧光聚光器与分隔框形成的空间和外面用密封胶密封隔绝，然后再将太阳能电池安装在荧光聚光器的一个或多个侧面，制得具有中空玻璃结构的夹胶玻璃结构太阳能荧光聚光器电池。

本发明所述的具有中空玻璃结构的夹胶玻璃结构太阳能荧光聚光器电池的主体结构包括第一夹胶玻璃结构太阳能荧光聚光器、第二夹胶玻璃结构太阳能荧光聚光器、太阳能电池和分隔框，第一夹胶玻璃结构太阳能荧光聚光器和第二夹胶玻璃结构太阳能荧光聚光器平行间隔设置在分隔框两边并与分隔框形成封闭空间，封闭空间内填充干燥空气或其他惰性气体，太阳能电池紧贴式安装在荧光聚光器的侧面上；第一夹胶玻璃结构太阳能荧光聚光器的主体结构包括第一玻璃板、第二玻璃板和两片玻璃板中间的第一量子点基胶片；第二夹胶玻璃结构太阳能荧光聚光器的主体结构包括第一玻璃板、第二玻璃板和两片玻璃板中间的第二量子点基胶片；第一量子点基胶片含有的量子点为吸收300-450nm波长太阳光的碳量子点，第二量子点基胶片含有的量子点为吸收300-800nm波长太阳光的碳量子点；以第一夹胶玻璃结构荧光聚光器为迎光面，其在自然光强度30mw/cm²-100mw/cm²照射下的电池的光电转换效率为4-7％。

本发明所述的具有中空玻璃结构的夹胶玻璃结构太阳能荧光聚光器电池还能够由3个或多个夹胶玻璃结构太阳能荧光聚光器电池组成，3个或多个夹胶玻璃结构太阳能荧光聚光器由内向外顺次间隔排列制成叠层式具有中空玻璃结构的夹胶玻璃结构太阳能荧光聚光器电池；其中迎光面的夹胶玻璃中量子点的吸收波长小于其他夹胶玻璃中量子点的吸收波长。

本发明所述的具有中空玻璃结构的夹胶玻璃结构太阳能荧光聚光器的工作原理如下：太阳光照射在第一夹胶玻璃结构太阳能荧光聚光器，第一夹胶玻璃结构太阳能荧光聚光器中的碳量子点(吸收300-450nm波长太阳光的碳量子点)吸收部分与其吸收波长吻合的太阳光，并将吸收的太阳光转化成荧光，利用光波导材料，通过内部全反射，将荧光转到聚光器边沿的太阳能电池内，并利用光电效应，转化成电能；没有被第一夹胶玻璃结构太阳能荧光聚光器吸收的太阳光(包括300-40nm部分没有被量子点完全吸收的太阳光和450nm以上第一夹胶玻璃结构太阳能荧光聚光器5无法吸收的太阳光)和第一夹胶玻璃结构太阳能荧光聚光器逃逸的荧光，其中与第二夹胶玻璃结构太阳能荧光聚光器中的碳量子点(吸收300-800nm波长太阳光的碳量子点)吸收波长吻合的部分将被第二夹胶玻璃结构太阳能荧光聚光器吸收，并转化成荧光，进一步转化成电能。

本发明所述的夹胶玻璃结构太阳能荧光聚光器电池能够利用2个或多个夹胶玻璃结构太阳能荧光聚光器电池通过串联或者并联的方式形成大的电池组，使得光电转换量明显提高，节能效果显著。

本发明与现有技术相比，利用夹胶玻璃结构制备荧光聚光器电池，将量子点均匀分散到聚合物胶中，制备含有量子点的夹胶玻璃，量子点基胶片位于二片玻璃中间，不会和空气、水汽等外部环境接触，基于夹胶玻璃结构的荧光聚光器可以方便除尘处理，而不会影响荧光聚光器的效率；结合中空玻璃结构制备的夹胶玻璃结构荧光聚光器电池，其光电转换效率更高；夹胶玻璃结构赋予荧光聚光器稳定的光电转换效率和稳定性，相对于传统的单层和叠层的聚光器，其制备方法安全可靠、技术先进、工艺简单、适于大规模生产，其制备产品生产成本低、使用寿命长、适用范围广、应用环境友好。

附图说明：

图1为本发明涉及的夹胶玻璃结构太阳能荧光聚光器制作原理示意图。

图2为本发明涉及的夹胶玻璃结构太阳能荧光聚光器电池结构原理示意图。

图3为本发明涉及的具有中空玻璃结构的夹胶玻璃结构太阳能荧光聚光器电池结构原理示意图。

具体实施方式：

下面通过具体实施例并结合附图对本发明进行详细说明。

实施例1：

本实施例为夹胶玻璃结构太阳能荧光聚光器电池的制作方法，具体操作步骤如下：

(1)制备量子点基胶片1a：

将聚乙烯醇缩丁醛(简称pvb)粉末和量子点粉末混合，利用匀速搅拌机进行物理混合，转速为1000转/分钟，搅拌30-60分钟，通过双螺杆挤出机挤出经过流延冷却成型，制备完成厚度为1.5mm的量子点基胶片1a；其中各组分重量份数为：pvb材料95份，量子点5份；

(2)玻璃板洗涤：选用长100mm、宽100mm的两片玻璃板，先将玻璃板洗干净，去除污渍，再用去离子水冲洗，以清除玻璃表面的钙镁离子，然后将玻璃板烘干；

(3)合片：将量子点基胶片裁切成与玻璃板大小相同的尺寸，然后将第一玻璃板2放在工作台上，将裁切好的量子点基胶片1a铺在第一玻璃板2上，最后将第二玻璃板3平放在量子点基胶片1a上，使两片玻璃板和胶片完成密封式合片形成胶片玻璃整体；

(4)预压：在加热炉内将胶片玻璃整体加热到60℃，通过辊压机将两片玻璃板和中间量子点基胶片1a之间的空气压缩成小气泡，让两片玻璃板通过量子点基胶片1a粘连在一起，形成预压后玻璃整体；

(5)进釜：将预压后玻璃整体放入高压釜内并设置高压釜工作温度130℃、压力13.5mpa，使两片玻璃板和中间量子点基胶片1a之间的空气小气泡进一步压缩，直到将气泡压缩到看不见为止，制备完成夹胶玻璃结构的太阳能荧光聚光器；

(6)安装太阳能电池：

采用环氧树脂将常规的与聚光器侧面面积相一致的太阳能电池4以受光面面对聚光器的方式黏贴在夹胶玻璃结构荧光聚光器的一个或多个侧面上，制得夹胶玻璃结构太阳能荧光聚光器电池。

本实施例制备的夹胶玻璃结构太阳能荧光聚光器电池如图2所示，主体结构包括第一玻璃板2、量子点基胶片1a、第二玻璃板3和太阳能电池4；第一玻璃板2和第二玻璃板3平行设置，其中间为量子点基胶片1a，量子点基胶片1a分别与第一玻璃板2和第二玻璃板3密封式连接，量子点基胶片1a的厚度为1.5mm；太阳能电池4的面积与荧光聚光器的侧面面积相同并贴紧式安装在荧光聚光器的一个或多个侧面。

本实施例涉及的量子点为粒径为3nm的碳量子点。

本实施例涉及的太阳能电池4为单晶硅太阳能电池。

本实施例涉及的玻璃板为普通玻璃、有机玻璃或钢化玻璃。

本实施例涉及的双螺杆挤出机、辊压机和高压釜均为常规的现有夹胶玻璃技术所用到的设备。

本实施例所制备的夹胶玻璃结构荧光聚光器电池吸光面面积尺寸为100mm×100mm，其在自然光强度30mw/cm²-100mw/cm²照射下的光电转换效率为3-6％，能够作为发电窗体应用于建造太阳能路灯、公交站台、门窗、玻璃大棚等，其性能稳定，实用性强，通过吸收太阳光并发电，通过控制量子点的种类和浓度，可以调节夹胶玻璃的颜色、吸光范围和吸光度，从而保障正常的采光；利用2个或多个夹胶玻璃结构太阳能荧光聚光器电池通过串联或者并联的方式形成大的电池组，使得光电转换量明显提高，节能效果显著。

实施例2：

本实施例为在制备夹胶玻璃结构太阳能荧光聚光器电池的基础上进一步制备具有中空玻璃结构的夹胶玻璃结构太阳能荧光聚光器电池的制作方法，其具体步骤如下：

1、制备第一夹胶玻璃结构太阳能荧光聚光器5:

(1)制备第一量子点基胶片1b：

将聚乙烯醇缩丁醛(简称pvb)粉末、量子点粉末和增塑剂混合，利用匀速搅拌机进行物理混合，转速为1000转/分钟，搅拌30-60分钟，通过双螺杆挤出机挤出经过流延冷却成型，制备完成第一量子点基胶片1b；其中各原料重量组份为：pvb粉末85份，量子点粉末5份，增塑剂10份；第一量子点基胶片的厚度为0.5mm；本步骤采用的量子点为吸收300-450nm波长太阳光的碳量子点；

(2)洗涤：先将长100mm、宽100mm的两片玻璃板洗干净，去除污渍，再用去离子水冲洗，以清除玻璃表面的钙镁离子，然后将玻璃板烘干；

(3)合片：将第一量子点基1b胶片裁切成与玻璃板大小相同的尺寸，然后将第一玻璃板2放在工作台上，将裁切好的第一量子点基胶片1b铺在第一玻璃板2上，再将第二玻璃板3平放在第一量子点基胶片1b上，使两片玻璃板和胶片完成密封式合片形成胶片玻璃整体；

(4)预压：在加热炉内将胶片玻璃整体加热到60℃，通过辊压机将两片玻璃板和中间第一量子点基胶片1b之间的空气压缩成小气泡，让两片玻璃板通过第一量子点基胶片1b粘连在一起，形成预压后玻璃整体；

(5)进釜：将预压后玻璃整体放入高压釜内并设置高压釜工作温度130℃、压力13.5mpa，在高压釜130℃、13.5mpa压力下使两片玻璃板和中间第一量子点基胶片1b之间的空气小气泡进一步压缩，直到将气泡压缩到肉眼看不见为止，制备完成第一夹胶玻璃结构太阳能荧光聚光器5；

2、制备第二夹胶玻璃结构太阳能荧光聚光器6:

制备步骤同本实施例的步骤1，不同的是采用第二量子点基胶片1c和两片玻璃板制成夹胶玻璃作为第二夹胶玻璃结构太阳能荧光聚光器6；第二量子点基胶片1c各原料重量组份为：pvb粉末90份，量子点粉末5份，增塑剂5份；第二量子点基胶片的厚度为1.0mm；本步骤采用的量子点为吸收300-800nm波长太阳光的碳量子点；

3、制备具有中空玻璃结构的夹胶玻璃结构太阳能荧光聚光器：

将制备好的第一夹胶玻璃结构太阳能荧光聚光器5和第二夹胶玻璃结构太阳能荧光聚光器6平行设置，将分隔框7设置在第一夹胶玻璃结构太阳能荧光聚光器5和第二夹胶玻璃结构太阳能荧光聚光器6中间以形成中空玻璃结构，分隔框7与第一夹胶玻璃结构太阳能荧光聚光器5和第二夹胶玻璃结构太阳能荧光聚光器6相对面的四侧面固定连接，第一夹胶玻璃结构太阳能荧光聚光器5、第二夹胶玻璃结构太阳能荧光聚光器6与分隔框7形成的空间和外面用密封胶密封隔绝，里面填充干燥空气或其他惰性气体，制备完成具有中空玻璃结构的夹胶玻璃结构太阳能荧光聚光器；

4、制备具有中空玻璃结构的夹胶玻璃结构太阳能荧光聚光器电池：

采用环氧树脂将常规的与聚光器侧面面积相一致的太阳能电池4以受光面面对聚光器的方式分别黏贴在第一、第二夹胶玻璃结构荧光聚光器的一个或多个侧面上，制得具有中空玻璃结构的夹胶玻璃结构太阳能荧光聚光器电池。

本实施例制备的具有中空玻璃结构的夹胶玻璃结构太阳能荧光聚光器电池如图3所示，其主体结构包括第一夹胶玻璃结构太阳能荧光聚光器5、第二夹胶玻璃结构太阳能荧光聚光器6、太阳能电池4和分隔框7，第一夹胶玻璃结构太阳能荧光聚光器5和第二夹胶玻璃结构太阳能荧光聚光器6平行间隔设置在分隔框两边并与分隔框形成封闭空间，封闭空间内填充干燥空气或其他惰性气体，太阳能电池4紧贴式安装在荧光聚光器的侧面上；第一夹胶玻璃结构太阳能荧光聚光器5的主体结构包括第一玻璃板2、第二玻璃板3和两片玻璃板中间的第一量子点基胶片1b；第二夹胶玻璃结构太阳能荧光聚光器8的主体结构包括第一玻璃板2、第二玻璃板3和两片玻璃板中间的第二量子点基胶片1c；第一量子点基胶片1b含有的量子点的吸收波长小于第二量子点基胶片1c含有的量子点的吸收波长。

本实施例涉及的太阳能电池4为薄膜太阳能电池。

本实施例涉及的玻璃板为普通玻璃、有机玻璃或钢化玻璃。

本实施例涉及的双螺杆挤出机、辊压机和高压釜均为常规的现有夹胶玻璃技术所用到的设备。

本实施例涉及的具有中空玻璃结构的夹胶玻璃结构太阳能荧光聚光器的工作原理如下：太阳光照射在第一夹胶玻璃结构太阳能荧光聚光器5，第一夹胶玻璃结构太阳能荧光聚光器5中的碳量子点(吸收300-450nm波长太阳光的碳量子点)吸收部分与其吸收波长吻合的太阳光，并将吸收的太阳光转化成荧光，利用光波导材料，通过内部全反射，将荧光转到聚光器边沿的太阳能电池内，并利用光电效应，转化成电能；没有被第一夹胶玻璃结构太阳能荧光聚光器7吸收的太阳光(包括300-40nm部分没有被量子点完全吸收的太阳光和450nm以上第一夹胶玻璃结构太阳能荧光聚光器5无法吸收的太阳光)和第一夹胶玻璃结构太阳能荧光聚光器5逃逸的荧光，其中与第二夹胶玻璃结构太阳能荧光聚光器6中的碳量子点(吸收300-800nm波长太阳光的碳量子点)吸收波长吻合的部分将被第二夹胶玻璃结构太阳能荧光聚光器6吸收，并转化成荧光，进一步转化成电能。

本实施例涉及的具有中空玻璃结构的夹胶玻璃结构荧光聚光器电池吸光面面积尺寸为100mm×100mm，以第一夹胶玻璃结构荧光聚光器为迎光面，其在自然光强度30mw/cm²-100mw/cm²照射下的电池的光电转换效率为4-7％，与夹胶玻璃结构太阳能荧光聚光器电池相比，其光电转换效率更高。

本实施例涉及的具有中空玻璃结构的夹胶玻璃结构荧光聚光器电池还能够由3个或多个夹胶玻璃结构太阳能荧光聚光器电池组成，3个或多个夹胶玻璃结构太阳能荧光聚光器由内向外顺次间隔排列制成叠层式夹胶中空玻璃结构太阳能荧光聚光器电池；其中迎光面的夹胶玻璃中量子点的吸收波长小于其他夹胶玻璃中量子点的吸收波长。

本实施例涉及的具有中空玻璃结构的夹胶玻璃结构太阳能荧光聚光器电池性能稳定、稳定性和实用性强，能够作为发电窗体用于日常生活中，窗体能够与太阳能路灯、公交站台、门窗、玻璃大棚等玻璃结构结合，吸收太阳光，并发电，通过控制量子点的种类和浓度，可以调节夹胶玻璃的颜色、吸光范围和吸光度，从而保障正常的采光；利用2个或多个夹胶中空玻璃结构太阳能荧光聚光器电池串联或者并联形成大的电池组，使得光电转换量明显提高，节能效果显著。