成果简介
在第三代光伏器件的研究中，人们提出了“建筑集成光伏（Building Integrated Photovoltaics, BIPV）”的概念，旨在采用创新的、经济的方案，在不改变建筑外观审美和原有功能的基础上将聚光系统和光伏器件整合到建筑物之中,以解决大城市光伏板可铺装面积不足的问题。基于光波导结构的荧光太阳聚光器（luminescent solar concentrators, LSCs）是BIPV的核心部件。在原理上，LSC是一种具有光致发光（photoluminescence, PL）性能的光波导器件。荧光基团是LSC中产生荧光波导的关键要素。当前，荧光基团的高成本、毒性及高重吸收性质是限制LSC性能提升的主要障碍。
我校纳米中心光电器件团队基于零维电子态非铅卤化物量子点制备系列LSC器件，实现了基于环保型低成本无机荧光基团的高性能波导光伏器件。研究发现，由于所选用的非铅卤化物量子点具有独特的自束缚激子发射性能，所产生的荧光Stokes位移很宽，因此荧光再吸收完全被抑制，因此构造的LSC器件的波导效率接近理论的极限值（~70%）。研究同时还发现，荧光基团对入射光的散射机制也对最终的光波导效率有显著共享。以上成果为相关光伏器件的实用化提供了重要依据。相关研究工作发表于国际期刊《发光学杂志》（Journal of Luminescence, 248 (2022) 118927）上。
应用前景
我国太阳能资源丰富，可用于光伏发电的资源约20亿千瓦，是总量最大、最有潜力的可再生能源。由于太阳能采集方式的特点，太阳能电池板的铺装需要占据相当大的露天区域，譬如建筑物的屋顶，以实现足够的光照。这在以低层建筑为主的乡镇比较容易实现，但在人口密度很大的城市则存在困难。现代化、高层、密集的城市建筑规划使得建筑的（平均屋顶面积/建筑总体积）比非常小。同时，鳞次栉比的高楼会在楼顶平面形成复杂的阴影结构，为固定安装的光伏板带来了严重的阴影效应。这些都严重制约了光伏器件在大城市的铺设与使用。因此人们提出采用BIPV，在不改变建筑外观审美和原有功能的基础上将聚光系统和光伏器件整合到建筑物之中。本工作中实现的大尺寸窗型波导光伏器件正式其核心部件。其整体功率转换效率达到1.8%，所需要的光伏板相对尺寸很小，在单位光伏板面积的发电功率上，亦即发电成本上具有非常大的优势，并且整个光伏系统被整合于建筑外表之中，不受楼顶面积的限制。
成熟度
本团队对胶态荧光量子点及太阳荧光聚光器的研究已有数年的积累，在实验室基础研究阶段已经能够独立的从事量子点制备、LSC器件的合成、波导光伏器件的标准化性能测试，并提供波导光伏系统解决方案。
成果展示
图1 荧光太阳聚光器（luminescent solar concentrator, LSC）基本结构示意图
图2 LSC器件的基本形貌
图3 LSC器件的光电性能
成果完成人
物理科学与工程技术学院：林涛
成果转化，请联系成果与合作处，联系人：王老师，联系电话：0771-3810467。