发光太阳能聚光器中的宽带等离子体耦合与增强的功率转换效率

摘要： 太阳能采集技术的进步需要创新方法来满足不断增长的能源需求。本研究利用金属纳米粒子（MNPs）与荧光团的等离子体相互作用来提升发光太阳能聚光器（LSCs）的光学性能。我们制备并表征了尺寸为45×45×3 mm3的等离子体发光太阳能聚光器（PLSC），其包含Lumogen Red305染料和金核银壳纳米立方体（Au@Ag NCs）。通过调节纳米立方体（NCs）与Red305染料之间的间距和光谱重叠来控制PLSC器件中的等离子体耦合效应。通过控制Au@Ag NCs的掺杂浓度获得均匀样品，进而调节其与Red305染料的间距。通过改变Au@Ag NCs掺杂浓度并测量波导边缘发射，研究了PLSC波导的光学性能。当Au@Ag NCs掺杂浓度为最佳值（1.1 ppm）时，PLSC器件的荧光增强达到最大值30%。实验显示从最大荧光增强到荧光猝灭的转变过程，这凸显了在Au@Ag NC与Red305染料分子耦合时，MNPs掺杂浓度和光谱重叠的重要性。在高掺杂浓度下，Red305染料分子向Au@Ag NCs的非辐射能量转移使猝灭效应占主导地位。我们将单晶硅太阳能电池连接至PLSC波导边缘，发现当Au@Ag NCs掺杂浓度为1.1 ppm时，其功率转换效率比0 ppm样品高出1.2倍。