大連化物所首次提出“量子裁剪太陽能聚光板”概念

　　日前，中科院大連化物所光電材料動力學特區研究組吳凱豐研究員團隊首次提出“量子裁剪太陽能聚光板”概念，並基於該概念將量子裁剪應用到熒光型太陽能聚光板上，製備出的新型太陽能聚光板原型器件效率比傳統器件提高一倍。相關成果發表于《納米快報》（Nano Letters）上。

　　熒光型太陽能聚光板是一種結構相對簡單的大面積太陽能捕獲裝置，它由發光團通過涂覆或鑲嵌于透明基底（如玻璃板等）構成。發光團在吸收入射到板上的太陽光子之後發出光子，由於基底和空氣折射率的差別，大約75%的光子會進入全反射模式進而被波導到板的邊緣，用於激發貼在邊緣處的太陽能電池。如果聚光效率足夠高，一塊熒光型太陽能聚光板加上邊緣處的少量太陽能電池在功能上等同於一整塊大面積的太陽能電池，這將大大降低光伏産能的成本。此外，半透明的熒光型太陽能聚光板可直接集成到建築物的窗戶玻璃裏面成為太陽能窗戶，從而將現在的耗能型建築物轉變為在能量上自給自足的産能單元。但是，傳統的熒光型太陽能聚光板受限于較低的發光團熒光效率，以及自吸收損失，導致器件內部光學效率一般小于60%。

　　量子裁剪是一種新奇的光學現象，基於該效應的材料可吸收一個高能光子，同時釋放兩個低能光子，滿足能量守恒的基本物理規律。該研究團隊創造性的提出基於量子裁剪效應的熒光型太陽能聚光板，在理論上可實現熒光量子效率的倍增，同時完全抑制自吸收損失，因此，太陽能聚光板的內部光學效率可重新定義一個新的理論極限為150%。

　　基於此概念，研究團隊合成了一種表現出典型量子剪裁特徵的稀土金屬鐿摻雜的納米晶材料，並採用此類納米晶製備出原型的量子裁剪熒光型太陽能聚光板，實現了約120%的器件內部光學效率。該研究首次提出了“量子裁剪太陽能聚光板”概念，在降低光伏成本、實現智慧建築物領域，具有廣闊的應用前景。

　　該工作得到了中科院戰略先導項目、國家自然科學基金、大連市科創基金項目等資助。（記者 謝小芳）