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熒光型太陽能聚光板（Luminescent Solar Concentrators; LSCs）是一種結(jié)構(gòu)相對簡單的大面積太陽能捕獲裝置，它由發(fā)光團(tuán)通過涂覆或鑲嵌于透明基底（如玻璃板等）構(gòu)成。發(fā)光團(tuán)在吸收入射到板上的太陽光子之后發(fā)出光子，由于基底和空氣折射率的差別，大約75%的光子會進(jìn)入全反射模式進(jìn)而被波導(dǎo)到板的邊緣，用于激發(fā)貼在邊緣處的太陽能電池。如果聚光效率足夠高，一塊LSC加上邊緣處的少量太陽能電池在功能上等同于一整塊大面積的太陽能電池，這將大大降低光伏產(chǎn)能的成本。此外，半透明的LSCs可直接集成到建筑物的窗戶玻璃里面成為太陽能窗戶，從而將現(xiàn)在的耗能型建筑物轉(zhuǎn)變?yōu)樵谀芰可献越o自足的產(chǎn)能單元。
傳統(tǒng)的LSCs受限于發(fā)光團(tuán)較低的熒光效率（通常小于80%），以及自吸收損失，導(dǎo)致器件內(nèi)部光學(xué)效率一般小于60%。量子裁剪（quantum cutting）是一種新奇的光學(xué)現(xiàn)象，基于該效應(yīng)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(guī)律。吳凱豐研究團(tuán)隊提出，基于量子裁剪效應(yīng)的LSCs理論上可實現(xiàn)倍增的熒光量子效率（200%），同時完全抑制自吸收損失，因此，內(nèi)部光學(xué)效率可重新定義一個新的理論極限為150%。研究團(tuán)隊合成了稀土金屬鐿摻雜的CsPbCl3納米晶，發(fā)現(xiàn)其熒光效率高達(dá)164%，表現(xiàn)出典型的量子剪裁特征。動力學(xué)測試表明高效的量子剪裁過程發(fā)生于皮秒級別。采用此類納米晶制備出原型的量子裁剪LSCs，實現(xiàn)了約120%的器件內(nèi)部光學(xué)效率?？深A(yù)期的是，通過進(jìn)一步優(yōu)化器件和提高太陽光吸收能力，可在大面積LSCs中突破10%的外部光學(xué)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(xiàn)智能建筑物領(lǐng)域，具有廣闊的應(yīng)用前景。
該工作得到了中科院戰(zhàn)略先導(dǎo)項目、國家自然科學(xué)基金、大連市科創(chuàng)基金項目等資助。
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