【摘 要】
:
荧光太阳能集光器(LSC)是一种用于太阳光收集、传输、和转换的光管理装置,由于其具有高效捕光、制备简单、成本低、可利用散射光等优势,从而被广泛应用于建筑集成光伏(BIPV)窗户。通常,传统LSC是由透明波导(如聚合物或玻璃基板)和在波导上涂敷或嵌入各种类型的发光材料(如染料、量子点等)组成。基于基板的全内反射,发光材料被激发后,部分重新发射的光被引导到LSC的边缘并被基板边缘连接的太阳能电池利用。
论文部分内容阅读
荧光太阳能集光器(LSC)是一种用于太阳光收集、传输、和转换的光管理装置,由于其具有高效捕光、制备简单、成本低、可利用散射光等优势,从而被广泛应用于建筑集成光伏(BIPV)窗户。通常,传统LSC是由透明波导(如聚合物或玻璃基板)和在波导上涂敷或嵌入各种类型的发光材料(如染料、量子点等)组成。基于基板的全内反射,发光材料被激发后,部分重新发射的光被引导到LSC的边缘并被基板边缘连接的太阳能电池利用。目前,LSC的集光效率相对较低,而如何使更多的光被LSC收集并传导到LSC侧面的太阳能电池仍是该领域的一大挑战。为解决上述问题,本论文通过将光子晶体(PC)引入到传统LSC中,利用光子晶体增强荧光发射和光波导的原理,从而实现高效三明治型LSC的制备,具体研究内容如下:(1)为了获得具有高光学效率和良好透明度的LSC,制备了一种以光子晶体作为波导层、碳点(CDs)为发光材料的三明治型LSC。首先合成了多色发光CDs包括为红色、黄色和绿色发光碳点,然后通过一步光聚合法将CDs嵌入三明治型聚甲基丙烯酸羟乙酯(p HEMA)薄膜中并将其作为荧光层。在荧光层基础上,通过进一步光聚合PC悬浮液(单分散的P(MMA-HEMA)胶体在HEMA单体中自组装)从而得到基于PC波导层的三明治型LSC。研究结果表明基于PC波导层的三明治型LSC(25×25×2.0 mm~3)最大可实现4.51%的外部光学效率(ηopt)。与没有PC波导层的对照组LSC(ηopt为1.98%)相比,PC波导层实现了ηopt约128%的增强。此外,基于PC波导层的三明治型LSC具有很好的透明度,优化后LSC的透明度在可见光范围可达到40%以上。(2)光致发光(PL)发射效率和波导效率的增强对提高LSC的光学效率起着关键作用。为了同时提高PL发射效率和波导效率,将PC引入到LSC荧光层中,制备了一种基于光子晶体荧光层的三明治型LSC。首先,单分散的P(MMA-NIPAM)胶体和CDs在HEMA单体中共组装,形成胶体晶体阵列(CCAs)悬浮液,随后,将上述悬浮液夹于两个玻璃片之间进行光聚合,最终得到基于PC荧光层的三明治型LSC。研究结果表明,基于PC荧光层的三明治型LSC在可见光范围内具有大于60%透明度。此外,相比于不含PC结构的对照组LSC,其PL发射至少增强2倍。基于此,优化的后三明治型LSC可以实现5.84%的最大外部光学效率(ηopt),与无PC结构的对照LSCs(ηopt为2.82%)相比,获得了~107%的ηopt增强。LSCs光学效率的提升主要来自于光子晶体诱导的PL发射增强和波导效率增强。
其他文献
经济的快速发展导致各行业每年产生大量复杂多样的含油废水,已成为一个严重的环境问题。膜分离法以其处理成本低、出水水质好、可扩展性强等优点在含油废水处理领域受到广泛关注,被认为是油水乳液分离最有潜力的解决方案之一。但分离膜还存在有机溶剂和修饰剂过度使用易造成二次污染,力学性能不佳导致重复循环使用性能差,往往只能进行单一组分油水分离等问题亟需解决。本课题首先选取抗污性能优异的聚醚砜做原材料制备了无修饰聚
受自然界动植物不同润湿性能的启发,研究者将超浸润特性材料广泛的应用于油/水分离、水雾收集、湿度传感器等领域。其中利用纤维素材料制备的超浸润材料受到了广泛的关注,因此本文选题为不同仿生超浸润纤维素材料在不同领域的多功能应用研究,主要研究内容和研究成果如下:(1)为获得在空气中超双亲(液下超双疏)的薄膜,利用浸渍改性方法制备了硝酸纤维素改性膜,用水预润湿后,制备的膜由超亲油性变为超疏油性,用油预润湿后
驱动器件是指在外界环境刺激下可发生形变的智能材料与结构。因其独特的刺激响应特性,可广泛应用于生物医药、航空航天和仿生柔性机器人等领域。目前,用于设计和制备驱动器件的智能材料种类繁多,包括水凝胶、形状记忆高分子和液晶交联弹性体等。通过分子结构设计,这些智能材料可在多种环境刺激(如温度、湿度、电场、磁场和p H等)下产生形变行为。与温度、湿度、电场和磁场等环境刺激的驱动器件相比,光驱动器件的形变行为可
淡水的紧缺一直是制约人类发展的重大因素之一,因水资源地理分布限制,启动从其它介质中提取淡水的相关研究十分必要。从自然界间接获取水资源的水收集方式主要有两种:雾水收集和海水淡化。目前用于雾水收集和海水淡化的材料普遍存在稳定性较差、效率较低和能耗过高等问题。在探究特殊润湿性现象及机理后,发现其在水收集方向具有一定应用。本文分别构筑了具有特殊润湿性的液体注入表面和疏水光热膜,将其用于雾水收集和海水淡化,
随着现代印刷电子技术的发展,导电油墨作为一种特殊的功能性涂料已迅速发展成为关键材料之一。近年来,碳基填料在聚合物复合材料中引起了极大的兴趣,因为它们能够在低填料浓度下改变性能、与高分子聚合物以不同形式(氢键、化学共价键等)产生良好的界面结合。与金属基导电油墨相比,碳基导电油墨在保持良好的导电性的同时,还具有更高的化学稳定性、更好的机械强度、更轻的重量和更低的成本,在薄膜开关、储能器件、燃料电池、柔
设计开发集肿瘤诊断和治疗为一体的刺激响应型系统,在肿瘤诊疗领域具有重要的研究意义和广阔的发展前景。随着研究的不断发展,利用荧光成像技术实时监测药物的生物分布和治疗效果,逐渐发展为肿瘤诊断和治疗研究中的一个重要的新方向。碳点(Carbon dots,CDs),作为一种新型的零维荧光纳米材料,具有很多优点,如表面修饰灵活、良好的生物相容性、荧光发射波长可调、良好的水溶性以及优异的生理稳定性等,因而碳点
伴随着农业和工业的发展,世界能源短缺以及全球化环境污染等问题日益加剧。同时随着天然淡水大量枯竭,水危机也是最严峻的全球性挑战之一。新能源和环保能源的使用与开发对人类来说迫在眉睫。太阳能是全球最丰富的可再生能源,对人类来说是取之不尽用之不竭的,因此太阳能蒸汽发生技术被认为是缓解淡水短缺危机的最有前途的环保技术之一。太阳能蒸汽发生技术是一种可持续并且绿色的海水淡化技术。传统的太阳能光热水蒸发技术主要依
具有共连续结构的聚合物合金不仅可以最大限度地发挥各相聚合物自身的优势,得到性能优异的聚合物材料,而且在导电导热、电磁屏蔽以及催化污水处理和抗菌等领域也有广阔的应用前景。但是,在不相容聚合物体系中,共连续结构本身是一种热力学不稳定状态,因此,如何才能在不相容共混体系中形成稳定的共连续结构是研究者们一直关注的问题。常用的方法是在共混体系中加入界面增容剂。增容剂的结构必须满足以下三个要求才能使得体系形成
通过静电纺丝技术将钛系光催化剂、有机多孔纳米粒子NPs分别和聚乙烯醇PVA、聚偏二氟乙烯PVDF结合形成复合纤维膜。首先合成了掺杂不同金属的钛系光催化剂并研究了其光催化活性和降解亚甲基蓝MB的性能,又通过超交联反应制备了NPs,利用静电纺丝将两者有机结合,通过更换高聚物制备出不同基底的复合纤维膜,并探讨了影响这些复合膜耐水性、热稳定性及力学性能的主要参数。以MB为污染模型,初步研究了复合膜光催化降
自20世纪90年代以来,研究人员通过无机配位节点和有机连接子自组装合成得到配位聚合物,随后这类有机-无机杂化材料在催化应用领域发展得如火如荼,成为了科学界研究的热点之一。由于三嗪基有机多孔框架材料具有高的表面积、高的氮含量、高稳定性以及合成容易等优点,使其在CO2吸附、多相催化、离子交换、纳米技术和医药传输等方面有着的重要应用,因而受到研究人员广泛关注。CTFs(Covalent Triaziny