量子裁剪太阳能聚光板概念提出

近日，中国科学院大连化物所光电材料动力学特区研究组吴凯丰研究员团队首次提出“量子裁剪太阳能聚光板”概念，并基于该概念将量子裁剪应用到荧光型太阳能聚光板上，制备出的新型太阳能聚光板原型器件效率比传统器件提高一倍。相关成果发表于国际纳米技术领域权威刊物《纳米快报》上。

荧光型太阳能聚光板是一种结构相对简单的大面积太阳能捕获装置，由发光团通过涂覆或镶嵌于透明基底构成。发光团在吸收射到板上的太阳光子后发出光子，由于基底和空气折射率的差别，约75%的光子会产生全反射模式，进而被波导到板的边缘，用于激发贴在边缘处的太阳能电池。如果聚光效率足够高，一块荧光型太阳能聚光板加上边缘处的少量太阳能电池，可以在功能上等同于一整块大面积的太阳能电池，将大大降低光伏产能的成本。而传统荧光型太阳能聚光板受限于较低的发光团荧光效率，以及自吸收损失，导致器件内部光学效率一般小于60%。

量子裁剪是一种新奇的光学现象，基于该效应的材料可吸收一个高能光子，同时释放两个低能光子，满足能量守恒的基本物理规律。该研究团队创造性地提出基于量子裁剪效应的荧光型太阳能聚光板，在理论上可实现荧光量子效率的倍增，并完全抑制自吸收损失。因此，太阳能聚光板的内部光学效率可重新定义一个新的理论极限——为150%。

基于此概念，研究团队合成了一种表现出典型量子剪裁特征的稀土金属镱掺杂纳米晶材料，并采用此类纳米晶制备出原型的量子裁剪荧光型太阳能聚光板，实现了约120%的器件内部光学效率。该研究首次提出了“量子裁剪太阳能聚光板”概念，在降低光伏成本、实现智能建筑物领域，具有广阔应用前景。