胶体pbse量子点太阳能荧光聚集器的仿真研究

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1、—————————————————————胶体PbSe量子点太阳能荧光聚集器的仿真研究—————————————————————TheSimulationResearchofColloidalPbSeQuantumDotsLuminescentSolarConcentrator作者姓名：许添越专业名称：光学工程指导教师：张铁强教授学位类别：工学硕士答辩日期：2015年5月30日摘要太阳能荧光聚集器（LSC）是一种聚光型太阳能光伏器件，它可以通过等效聚光的方法，以相对简单的结构代替大面积造价昂贵的太阳能电池，达到降低太阳

2、能光伏发电成本的目的。过去，研究人员经常选用有机荧光材料作为LSC的荧光材料，但它们的光谱吸收范围小，自吸收严重，稳定性差，荧光寿命短，这很大程度上限制了LSC效率的提高。半导体量子点作为近年来备受关注的热点材料，相比于传统有机荧光材料，具有更优异的光学特性，如光谱可调谐，荧光量子效率高，自吸收弱，稳定性好，荧光寿命长等。因此，为了进一步提高LSC的性价比，本文将2.8nm的胶体PbSe量子点引入到LSC的应用中。本文首先分析了半导体量子点的激子能级结构，采用有限深势阱模型与有效质量近似理论相结合的方法，建立了半导体量

3、子点能级结构的计算公式，并对不同尺寸的胶体PbSe量子点的禁带宽度进行了理论计算，发现理论计算值与实验测定值相差不多。然后采用Yu的合成方法合成了不同尺寸的胶体PbSe量子点，对其进行了TEM、XRD分析，观测到其近似于球形的外形和体岩盐对称的晶体结构，测量了其吸收光谱和PL光谱，发现其第一激子吸收峰和发射峰是尺寸依赖的，并测量得到其荧光量子效率在80%以上。接下来本文详细分析了LSC的工作原理，包括光子在LSC内的转换过程，荧光在LSC内部的传输模式，自吸收和再激发原理，荧光的传输损耗原理等，并根据其工作原理建立了L

4、SC的数学模型。根据该数学模型，用C++编程语言在MicrosoftVisualC++6.0编译器上编写了太阳能荧光聚集器的仿真软件。最后，本文将2.8nm的胶体PbSe量子点应用到LSC中，根据实验测量及查阅资料获得的数据来设定仿真参数，对胶体PbSe量子点太阳能荧光聚集器进行了仿真研究。仿真研究了LSC的尺寸对LSC光电转换效率、几何聚光比和收益参数的影响，得到LSC尺寸的最优值。在最优尺寸下仿真研究了量子点溶液浓度对LSC光电转换效率的影响，得到量子点溶液浓度的最优值。并最终得到了性能优良的LSC，其边长为150

5、cm×200cm，夹层厚度为-51mm，量子点溶液浓度为2.5×10mol/L，光电转换效率为3.25%，几何聚光比为61.224，收益参数为12.436，说明胶体PbSe量子点可以明显提高LSC的性价比，是用来制作LSC的理想荧光材料。关键词：PbSe量子点，太阳能荧光聚集器，数学模型，仿真研究IAbstractLuminescentsolarconcentrator(LSC)isakindofconcentratorphotovoltaicwhichcanreducethecostofsolarphotovolta

6、icbyreplacingalargeareaexpensivesolarcellwithasimplestructurebythemethodofspotlighting.OrganicdyeswereoftenchosenasfluorescentdyeofLSCbyresearchersinthepast,buttheirshortcomingssuchasnarrowabsorptionspectrum,strongreabsorption,instability,shortfluorescencelifeti

7、mehavehinderedtheimprovingofLSC’sefficiency.Colloidalquantumdots(QDs)havebecomehotspotmaterialsinrecentyears.Comparedtotraditionalorganicdyes,theyhavemoreexcellentopticalcharacteristicssuchastunableabsorptionemissionspectra,highquantumyield,weakreabsorption,pref

8、erablestability,longfluorescencelifetimeandsoon.InordertoimproveLSC’scost-efficacy,weapply2.8nmcolloidalPbSeQDstoLSC.Inthispaper,wehaveanalyzedthecompositionofexciton