可用于荧光太阳能聚光器的聚合物/无机纳米晶杂化材料的制备及其应用研究

荧光太阳能聚光器可直接扩展光吸收面积，有效提高太阳光辐射能量，是降低太阳能电池成本的重要研究方向之一。设计和合成可用于荧光太阳能聚光器的材料兼具基础科学的挑战和实际应用的需求，具有十分重要的意义。聚合物/无机纳米晶杂化材料是近年来发展起来的一类有望提高荧光太阳能聚光器聚光性能的新型复合材料。本项目拟发展可用于荧光太阳能聚光器的聚合物/无机纳米晶杂化材料的制备技术，获得可用于硅太阳能电池的新型高效聚光材料，有望为荧光太阳能聚光器的材料研究开辟新的途径。具体内容包括：高质量无机纳米晶荧光材料的合成；高性能聚合物/无机纳米晶杂化材料的制备及其性质研究；杂化材料的聚光性能与其光学性质之间的联系；基于聚合物/无机纳米晶杂化材料的荧光太阳能聚光器中在硅太阳能电池中的应用。以上研究的开展可望产生降低太阳能电池成本的新材料和新技术，对材料科学的发展和太阳能利用技术的进步产生巨大影响。

荧光太阳能聚光器可直接扩展光吸收面积，有效提高太阳光辐射能量，是降低太阳能电池成本的重要研究方向之一。本项目针对可用于荧光太阳能聚光器的聚合物/无机纳米晶杂化材料开展研究，通过尺寸、组分、表面的组合调控策略，制备出高质量CuInS2和CuInSe2荧光纳米晶材料（量子产率超过70%，发光波长500-1000nm可调）；提出了“纳米相分离结构控制界面”的杂化材料制备策略，利用所制备的荧光纳米晶与纤维素纳米晶/纤维进行杂化，获得透明性好、折射率高、发光效率高的聚合物/纳米晶杂化材料；开发了蒙特卡洛光线追踪模拟程序，对CuInS2和CuInSe2荧光纳米晶在荧光太阳能聚光器硅太阳能电池中的性能进行了评价和优化，结果表明CuInS2纳米晶具有比CdSe纳米晶和传统染料优异的聚光性能，其中近红外的CuInSe2材料的光学聚光效率可达1.25，明显优于现有其他纳米晶材料的报道结果。以上研究为荧光太阳能聚光器研究提供了新材料选择，为聚合物无机复合材料的制备提供了新策略，同时为荧光纳米晶在白光LED、太阳能电池、生物标记等领域提供了材料基础。相关结果已接受发表SCI收录论文12篇，其中1篇入选近十年ESI高引论文；申请中国专利3项，授权2项；在国内外学术会议和主要学术单位上做学术报告或讲座22次。