CN114574197B - 一种碳点-有机硅复合荧光材料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种碳点‑有机硅复合荧光材料及其制备方法和应用，属于光学功能材料技术领域。本发明是将含小分子有机酸和/或其盐、含氨基的有机硅烷等的混合反应物加入到由去离子水和无水乙醇组成的混合溶剂中，混匀，将所得混合反应液进行溶剂热反应，设置反应温度为180～200℃，反应时间为4～12h；反应结束后，将所得产物离心、洗涤，干燥，得到所述的碳点‑有机硅复合荧光材料。本发明实现了复合荧光材料的荧光由蓝光到橙光的调控，具有稳定固态荧光，可用于构建高效的发光太阳能集光器。本发明方法具有易于制备并提纯、绿色无毒等优点，有很好的理论研究和实际应用价值。制备集光器的方法简便，适合大规模的生产。
Description
技术领域
本发明属于光学功能材料技术领域，具体涉及一种碳点-有机硅复合荧光材料及其制备方法和应用。
背景技术
发光太阳能集光器是一种新型的太阳光收集装置，可以大幅降低单晶硅电池的使用面积从而降低太阳能发电的成本。典型的发光太阳能集光器由荧光材料和波导材料组成，荧光材料吸收并重新发射出的光在波导材料中通过全内反射到达耦合在边缘的硅电池，实现太阳能到电能的低成本、高效率的转化。
作为一种新型荧光材料，碳点自被发现以来就因其无毒、绿色、易制备、化学稳定性高、光学性能优异等诸多优点而备受研究者们的青睐，在诸如照明、探针、催化、能源等许多领域具有极高的应用前景。近年来碳点优异的性能也吸引着越来越多的研究者将其应用到发光太阳能集光器中。然而，大多数碳点在干燥成薄膜或粉末后，受聚集诱导猝灭效应的影响，荧光强度急剧下降甚至消失，严重阻碍了其在固态器件中的应用，因此研究制备具有稳定固态荧光的碳点十分具有现实意义。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题或缺陷，本发明的目的在于提供一种碳点-有机硅复合荧光材料及其制备方法和应用。利用本发明方法制备的复合荧光材料具有稳定固态荧光，可用于构建高效的发光太阳能集光器，解决或至少部分解决现有技术中存在的上述技术缺陷。
为了实现本发明的上述其中一个目的，本发明采用的技术方案如下：
一种碳点-有机硅复合荧光材料的制备方法，所述方法具体包括如下步骤：
将混合反应物加入到由去离子水和无水乙醇组成的混合溶剂中，混匀，将所得混合反应液进行溶剂热反应，设置反应温度为180～200℃，反应时间为4～12h；反应结束后，将所得产物离心、洗涤，干燥，得到所述的碳点-有机硅复合荧光材料；其中：
所述混合反应物由小分子有机酸和/或其盐、含氨基的有机硅烷组成；或者，所述混合反应物由小分子有机酸和/或其盐、含氮小分子、含氨基的有机硅烷组成。
进一步地，上述技术方案，所述小分子有机酸为柠檬酸、苹果酸、酒石酸、硫代苹果酸等中的至少一种。
进一步地，上述技术方案，所述小分子有机酸的盐包括这些小分子有机酸的碱金属盐，尤其是它们的钠盐、钾盐和/或铵盐等水溶性盐类，优选该盐是柠檬酸钠、苹果酸钠、酒石酸钠、硫代苹果酸钠等至少一种。
进一步地，上述技术方案，所述含氨基的有机硅烷为3-氨丙基三乙氧基硅烷，3-氨丙基三甲氧基硅烷、脲丙基三乙氧基硅烷、1-[3-(三甲氧基硅基)丙基]脲、N-[3-(三甲氧基硅基)丙基]乙二胺等中的至少一种。
进一步地，上述技术方案，所述含氨基的有机硅烷，与小分子有机酸和/或其盐的摩尔比在6:1～1:1之间。
进一步地，上述技术方案，所述含氮小分子为尿素、硫脲、二氰二胺等中的至少一种。
进一步地，上述技术方案，所述含氮小分子，与小分子有机酸和/或其盐的摩尔比为m，其中：所述0:1＜m≤32:1。
进一步地，上述技术方案，所述混合溶剂中，所述去离子水与无水乙醇的体积比在15:15～5:25之间。
本发明的第二个目的在于提供上述所述方法制备得到的碳点-有机硅复合荧光材料。
本发明的第三个目的在于提供采用上述所述方法制备得到的碳点-有机硅复合荧光材料在制备发光太阳能集光器(LSC)中的应用。
一种发光太阳能集光器，包含形成集光器本体的玻璃或塑料波导，以及涂覆在所述本体表面的荧光体，其中：所述荧光体包括本发明上述所述的碳点-有机硅复合荧光材料。
进一步地，上述技术方案，本发明所述本体优选为玻璃基板。
优选地，上述技术方案，所述玻璃基板的尺寸在2.5×2.5×1mm～5×5×1mm之间。
本发明还提供了一种上述所述的发光太阳能集光器的制备方法，包括如下步骤：
将所述碳点-有机硅复合荧光材料与聚硅氧烷混合，搅拌均匀；然后加入催化剂，继续搅拌均匀，将所得涂覆液涂覆在本体表面，室温固化，得到所述的发光太阳能集光器。
进一步地，上述技术方案，所述聚硅氧烷为聚二甲基硅氧烷、有机硅树脂等中的至少一种。
进一步地，上述技术方案，所述的催化剂为钛酸酯类催化剂(例如722钛酸盐螯合物)或锡类催化(例如二月桂酸二丁基锡，辛酸亚锡等中的至少一种)，所述催化剂是用于催化聚硅氧烷的烷氧基脱醇交联聚合。
进一步地，上述技术方案，所述催化剂的用量为聚硅氧烷质量的1/1000～10/1000，较优选为3/1000。
进一步地，上述技术方案，所述碳点-有机硅复合荧光材料占涂覆液质量的5-20wt％。
进一步地，上述技术方案，所述涂覆采用的方法包括但不限于旋涂法、滴涂法、刮涂法、喷涂法、溶液剪切法等方法中的任意一种。
优选地，上述技术方案，所述涂覆的方法优选采用旋涂，采用的旋涂机转速在1500r/min～3000r/min之间，旋涂时间为30～60s。
进一步地，上述技术方案，所述碳点-有机硅复合荧光材料与聚硅氧烷混合搅拌的时间为1～4h之间任意时长。
进一步地，上述技术方案，加入催化剂后的搅拌时间为1～5min。
进一步地，上述技术方案，所述室温固化的时间为36～72h，较优选为48h。
本发明的反应原理和各原料所起的作用如下：
在不添加尿素的情况下，小分子有机酸和/或其盐作为碳源形成碳点；在添加含氮小分子的情况下，小分子有机酸和/或其盐作为碳源，含氮小分子作为氮源，二者共同形成碳点。本发明生成的碳点表面含有大量羧基，可以与含氨基的有机硅烷中的氨基通过酰胺化反应与碳点连接，同时含氨基的有机硅烷中的硅氧烷在溶剂热条件下以碳点为水解、缩聚中心形成“Si-O-Si”网络结构，从而包裹碳点。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
(1)本发明制备的碳点-有机硅复合荧光材料在不添加含氮小分子的情况下表现出蓝光发射，增加反应体系中含氮小分子与小分子有机酸和/或其盐的摩尔比至16:1，复合荧光材料表现为绿光发射，进一步增加反应体系中含氮小分子与小分子有机酸和/或其盐的摩尔比至32:1复合材料表现为黄光发射。在黄光发射体系的基础上，进一步减少含氨基的有机硅烷和小分子有机酸和/或其盐的比例至2:1，复合荧光材料的荧光可调控至橙光发射，由此实现了复合荧光材料的荧光由蓝光到橙光的调控。其中黄光和橙光发射属于长波长发射，克服了以往碳点发光波长集中在蓝绿光等短波长发射的不足。
(2)本发明制备的蓝光、绿光、黄光和橙光碳点-有机硅复合荧光材料的荧光量子产率分别为54％，43％，33％和21％，具有制备高性能固态器件的潜力。
(3)本发明制备的复合荧光材料属于聚硅氧烷包覆的碳点类荧光材料，与大多数硅基材料具有良好的相容性。在本发明中，其与聚硅氧烷充分搅拌后，混合含量可以达到20wt％，旋涂在玻璃基底上后可以形成透明、均匀的薄膜，没有明显的团聚或分散不均。
(4)本发明优选采用旋涂法制备集光器，制备方法简单，固化条件温和，适合工业大规模生产。
(5)本发明制备的碳点-有机硅复合荧光材料合成前驱体、溶剂廉价无毒，产品与副产物均无毒无害；并且本发明方法制备流程，适合绿色的大规模生产；所得固体产物可以通过洗涤、离心进行纯化，提纯步骤简单易行；所得产物具有优异的光学性能，具有很好的理论研究和实际应用价值。
附图说明
图1中左图为实施例1～4制备的碳点-有机硅复合荧光材料的发射光谱对比图；图1中右图为实施例5～8制备的碳点-有机硅复合荧光材料的发射光谱对比图；
图2为本发明实施例1～4制备的碳点-有机硅复合荧光材料分别在日光灯和365nm紫外灯下的实物照片；其中：第一行从左至右依次为实施例1、实施例2、实施例3、实施例4制备的荧光材料在日光灯下的实物照片；第二行从左至右依次为实施例1、实施例2、实施例3、实施例4制备的荧光材料在365nm紫外灯下的实物照片；
图3为实施例1～4制备的碳点-有机硅复合荧光材料的HRTEM图像；其中：
a)：实施例1；b)：实施例2；c)：实施例3；d)：实施例4；
图4为实施例1～4制备的碳点-有机硅复合荧光材料的FESEM照片；其中：
a)：实施例1；b)：实施例2；c)：实施例3；d)：实施例4；
图5为实施例1～4制备的碳点-有机硅复合荧光材料的红外光谱对比图；
图6为实施例1～4制备的碳点-有机硅复合荧光材料在不同激发波长下的荧光光谱图；其中：a)：实施例1；b)：实施例2；c)：实施例3；d)：实施例4；
图7为实施例1～4制备的碳点-有机硅复合荧光材料的归一化吸收光谱对比图；
图8为应用实施例1～4分别制备的发光太阳能集光器在自然光和365nm紫外光下的照片对比图；
图9是应用实施例1～4制备的集光器的光电流曲线对比图。
具体实施方式
下面通过实施案例对本发明作进一步详细说明。本实施案例在以本发明技术为前提下进行实施，现给出详细的实施方式和具体的操作过程来说明本发明具有创造性，但本发明的保护范围不限于以下的实施案例。
本发明将不同摩尔比的混合反应物加入到由去离子水和无水乙醇组成的混合溶剂中进行溶剂热反应，所得产物经离心，洗涤和干燥后，得到具有特定荧光发射波长的固体粉末。该粉末可以与聚硅氧烷混合，在加入催化剂后，通过在玻璃基底上旋涂、室温固化可以得到高效的发光太阳能集光器；其中：所述混合反应物由小分子有机酸和/或其盐、含氨基的有机硅烷组成；或者，所述混合反应物由小分子有机酸和/或其盐、含氮小分子、含氨基的有机硅烷组成。
本发明中所采用的设备和原料等均可从市场购得，或是本领域常用的。下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域的常规方法。
实施例1
本实施例的一种碳点-有机硅复合荧光材料的制备方法，所述方法具体包括如下步骤：
将0.52g柠檬酸和3.78mL的3-氨丙基三乙氧基硅烷(阿拉丁试剂公司，CAS号：919-30-2，密度：0.95g/cm3)溶解于10mL去离子水和20mL无水乙醇组成的混合溶剂中。将所得混合反应液转移至特氟龙内衬的不锈钢高压反应釜中，置于200℃的鼓风干燥箱中保持12h。反应产物离心分离固液后，固体分别用去离子水和无水乙醇各洗涤三次，置于50℃的烘箱中干燥整夜，得到白色的粉末。
由图1可知，本实施例制备的碳点-有机硅复合荧光材料在365nm紫外灯下呈蓝光发射。
实施例2
本实施例的一种碳点-有机硅复合荧光材料的制备方法，所述方法具体包括如下步骤：
将0.52g柠檬酸，2.6g尿素和3.78mL的3-氨丙基三乙氧基硅烷(阿拉丁试剂公司，CAS号：919-30-2，密度：0.95g/cm3)溶解于10mL去离子水和20mL无水乙醇组成的混合溶剂中。将所得混合反应液转移至特氟龙内衬的不锈钢高压反应釜中，置于200℃的鼓风干燥箱中保持12h。反应产物离心分离固液后，固体分别用去离子水和无水乙醇洗涤三次，置于50℃的烘箱中干燥整夜，得到淡黄色的粉末。
由图1可知，本实施例制备的碳点-有机硅复合荧光材料在365nm紫外灯下呈绿光发射。
实施例3
本实施例的一种碳点-有机硅复合荧光材料的制备方法，所述方法具体包括如下步骤：
将0.52g柠檬酸，5.2g尿素和3.78mL的3-氨丙基三乙氧基硅烷(阿拉丁试剂公司，CAS号：919-30-2，密度：0.95g/cm3)溶解于10mL去离子水和20mL无水乙醇组成的混合溶剂中。将所得混合反应液转移至特氟龙内衬的不锈钢高压反应釜中，置于200℃的鼓风干燥箱中保持12h。反应产物离心分离固液后，固体分别用去离子水和无水乙醇洗涤三次，置于50℃的烘箱中干燥整夜，得到黄色的粉末。
由图1可知，本实施例制备的碳点-有机硅复合荧光材料在365nm紫外灯下呈黄光发射。
实施例4
本实施例的一种碳点-有机硅复合荧光材料的制备方法，所述方法具体包括如下步骤：
将0.52g柠檬酸，5.2g尿素和1.26mL的3-氨丙基三乙氧基硅烷(阿拉丁试剂公司，CAS号：919-30-2，密度：0.95g/cm3)溶解于10mL去离子水和20mL无水乙醇组成的混合溶剂中。将所得混合反应液转移至特氟龙内衬的不锈钢高压反应釜中，置于200℃的鼓风干燥箱中保持12h。反应产物离心分离固液后，固体分别用去离子水和无水乙醇洗涤三次，置于50℃的烘箱中干燥整夜，得到橙色的粉末。
由图1可知，本实施例制备的碳点-有机硅复合荧光材料在365nm紫外灯下呈橙光发射。
实施例5
本实施例的一种碳点-有机硅复合荧光材料的制备方法，所述方法具体包括如下步骤：
将0.52g柠檬酸和3.78mL的3-氨丙基三乙氧基硅烷(阿拉丁试剂公司，CAS号：919-30-2，密度：0.95g/cm3)溶解于15mL去离子水和15mL无水乙醇组成的混合溶剂中。将所得混合反应液转移至特氟龙内衬的不锈钢高压反应釜中，置于180℃的鼓风干燥箱中保持12h。反应产物离心分离固液后，固体分别用去离子水和无水乙醇洗涤三次，置于50℃的烘箱中干燥整夜，得到白色的粉末。
本实施例制备的碳点-有机硅复合荧光材料在365nm紫外灯下呈蓝光发射。
实施例6
本实施例的一种碳点-有机硅复合荧光材料的制备方法，所述方法具体包括如下步骤：
将0.52g柠檬酸，2.6g尿素和3.78mL的3-氨丙基三乙氧基硅烷(阿拉丁试剂公司，CAS号：919-30-2，密度：0.95g/cm3)溶解于15mL去离子水和15mL无水乙醇组成的混合溶剂中。将所得混合反应液转移至特氟龙内衬的不锈钢高压反应釜中，置于180℃的鼓风干燥箱中保持12h。反应产物离心分离固液后，固体分别用去离子水和无水乙醇洗涤三次，置于50℃的烘箱中干燥整夜，得到淡黄色的粉末。
本实施例制备的碳点-有机硅复合荧光材料在365nm紫外灯下呈绿光发射。
实施例7
本实施例的一种碳点-有机硅复合荧光材料的制备方法，所述方法具体包括如下步骤：
将0.52g柠檬酸，5.2g尿素和3.78mL的3-氨丙基三乙氧基硅烷(阿拉丁试剂公司，CAS号：919-30-2，密度：0.95g/cm3)溶解于15mL去离子水和15mL无水乙醇组成的混合溶剂中。将所得混合反应液转移至特氟龙内衬的不锈钢高压反应釜中，置于180℃的鼓风干燥箱中保持12h。反应产物离心分离固液后，固体分别用去离子水和无水乙醇洗涤三次，置于50℃的烘箱中干燥整夜，得到黄色的粉末。
本实施例制备的碳点-有机硅复合荧光材料在365nm紫外灯下呈黄绿光发射。
实施例8
本实施例的一种碳点-有机硅复合荧光材料的制备方法，所述方法具体包括如下步骤：
将0.52g柠檬酸，5.2g尿素和1.26mL的3-氨丙基三乙氧基硅烷(阿拉丁试剂公司，CAS号：919-30-2，密度：0.95g/cm3)溶解于10mL去离子水和20mL无水乙醇组成的混合溶剂中。将所得混合反应液转移至特氟龙内衬的不锈钢高压反应釜中，置于200℃的鼓风干燥箱中保持4h。反应产物离心分离固液后，固体分别用水和无水乙醇洗涤三次，置于50℃的烘箱中干燥整夜，得到黄色的粉末。
本实施例制备的碳点-有机硅复合荧光材料在365nm紫外灯下呈黄光发射。
图1中左图为实施例1～4制备的碳点-有机硅复合荧光材料的发射光谱，其发射峰依次位于448nm，518nm，555nm和585nm。从实施例1到实施例3，尿素的反应量逐渐增加，复合材料的荧光从蓝光红移至黄光，实施例4在实施例3的反应基础上进一步减少3-氨丙基三乙氧基硅烷的反应量，荧光进一步红移至橙光，从而实现了荧光从蓝光到橙光的调控。
图1中右图为实施例5～8制备的碳点-有机硅复合荧光材料的发射光谱，其发射峰依次位于486nm，510nm，529nm和551nm。实施例5～8表明通过改变反应溶剂比、反应温度、反应时长也可以得到特定波长发射的荧光。由于实施例1～4的荧光调控随着反应条件的变化更具有规律性，下面以这四个实施例为代表进行进一步的讨论。
图2为实施例1～4所述碳点-有机硅复合荧光材料在日光灯和365nm紫外灯照射下的实物照片。实施例1～4制备的产物在紫外光下的荧光分别为蓝色、绿色、黄色和橙色。
在图3高倍透射电子显微镜下观察实施例1～4制备的碳点-有机硅复合荧光材料中碳点的粒径和晶格，从图3的HRTEM照片可以看出，碳点均匀分散，未发生团聚现象。实施例1～4所述复合荧光材料中碳点的晶格间距均为0.21nm，对应于石墨烯的(0 0 1)晶面。实施例1～4所述复合荧光材料中碳点的粒径依次为3.13nm，3.21nm，3.37nm和4.19nm。
在场发射扫描电子显微镜(FESEM)下观察实施例1～4中所述碳点-有机硅复合荧光材料的形貌，从图4的FESEM照片中可以看出，实施例1、实施例2中的样品表现为交联的不规则结构，这是由于实施例1、实施例2体系中柠檬酸或柠檬酸和尿素的含量相比于3-氨丙基三乙氧基硅烷的含量较少，碳点被硅烷包裹后，仍有多余的硅烷可以与未完全缩聚的、碳点外部包裹的硅烷反应，从而缩聚形成交联的结构。实施例3中的样品具有类球形结构，但“球”与“球”之间仍存在一定的交联，这是由于与实施例2相比，体系中的尿素含量增多，导致最终形成的碳点增多，用于包裹碳点的硅烷也随之增多，这就使游离的硅烷相对地减少。最终，实施例3的样品呈现出比实施例1、实施例2相对较大的尺寸和相对小的交联度。而实施例4中，硅烷的反应量进一步减少，碳点在硅烷的包裹下倾向于形成球状，且没有明显的交联。
图5为实施例1～4所述碳点-有机硅复合荧光材料的红外光谱图。可以看出，4种复合荧光材料的红外光谱基本一致，其中，947～1171cm-1归属于Si-O-Si和Si-C键的伸缩振动，表明3-氨丙基三乙氧基硅烷在水热过程中形成了聚硅氧烷。在1654cm-1处的振动表明，碳点表面的-OH和3-氨丙基三乙氧基硅烷的-NH2在反应过程中形成了酰胺键(C＝ONHR))。上述结果结合FESEM可以证实碳点以交联点的形式与3-氨丙基三乙氧基硅烷结合，伴随着乙氧基水解、缩聚，形成聚硅氧烷包覆的碳点-有机硅复合材料。
图6依次给出了实施例1～4所述碳点-有机硅复合荧光材料在不同激发波长下的荧光光谱图。从图6可以看出，4种复合荧光材料均表现为非激发依赖型发射，其中，实施例1和实施例2所述复合荧光材料的最佳激发波长为400nm，对应的最大发射分别位于448nm和518nm，属于蓝光和绿光发射。实施例3和实施例4所述复合荧光材料的最佳激发波长为470nm，对应的最大发射分别为555nm和585nm，属于黄光和橙光发射。实施例1～4所述碳点-有机硅复合荧光材料的荧光量子产率分别为54％，43％，33％，21％。荧光量子产率是在PicoQuant Fluo Time 300上将粉末置于四通石英比色皿中用积分器测量并通过软件计算得到的，实施例1和实施例2的激发光源为420nm的激光，实施例3和实施例4的激发光源为485nm的激光。
图7为实施例1～4中所述碳点-有机硅复合荧光材料的归一化吸收光谱。可以看出，在300nm～350nm之间的吸收峰可归因于C＝C和C＝O键的π-π*跃迁。从蓝光到橙光，复合荧光材料的吸收逐渐增强，这可能是由于氮含量的增加导致的n-π*跃迁的增强。在长波长范围内的吸收增强有利于发光太阳能集光器对太阳光的充分吸收和利用。
应用实施例1
本应用实施例的一种发光太阳能集光器，采用下述方法制备而成：
将0.25g实施例1制备的碳点-有机硅复合荧光材料加入1g聚二甲基硅氧烷中(混合比例为20wt％)，搅拌4h。充分搅拌后加入0.003g的722并继续搅拌5min。随后，将所得混合物滴在2.5×2.5×1mm的玻璃基板上，以2500r/min的转速旋涂成膜。所得样品在室温下固化48小时，得到透明、具有蓝色荧光的发光太阳能集光器。
应用实施例2
本应用实施例的一种发光太阳能集光器，采用下述方法制备而成：
将0.18g实施例2制备的碳点-有机硅复合荧光材料加入1g聚二甲基硅氧烷中(混合比例为15wt％)，搅拌4h。充分搅拌后加入0.003g的722并继续搅拌5min。随后，将所得混合物滴在2.5×2.5×1mm的玻璃基板上，以2500r/min的转速旋涂成膜。所得样品在室温下固化48小时，得到透明、具有绿色荧光的发光太阳能集光器。
应用实施例3
本应用实施例的一种发光太阳能集光器，采用下述方法制备而成：
将0.18g实施例3制备的碳点-有机硅复合荧光材料加入1g聚二甲基硅氧烷中(混合比例为15wt％)，搅拌4h。充分搅拌后加入0.003g的722并继续搅拌5min。随后，将所得混合物滴在2.5×2.5×1mm的玻璃基板上，以2500r/min的转速旋涂成膜。所得样品在室温下固化48h，得到透明、具有黄色荧光的发光太阳能集光器。
应用实施例4
本应用实施例的一种发光太阳能集光器，采用下述方法制备而成：
将0.18g实施例4制备的碳点-有机硅复合荧光材料加入1g聚二甲基硅氧烷中(混合比例为15wt％)，搅拌4h。充分搅拌后加入0.003g的722并继续搅拌5min。随后，将所得混合物滴在2.5×2.5×1mm的玻璃基板上，以2500r/min的转速旋涂成膜。所得样品在室温下固化48小时，得到透明、具有橙色荧光的发光太阳能集光器。
图8为应用实施例1～4中制备的发光太阳能集光器分别在自然光和365nm紫外光下的照片对比图。由该图可以看出，在自然光下，制备的集光器具有良好的透明性，可以清楚的看见其底部的文字。在紫外光下，集光器的荧光与对应的复合荧光材料的荧光一致，发射出强烈的荧光。
将应用实施例1～4制备的集光器耦合在商用太阳能硅电池的边缘(电池参数：Voc,Jsc,PCE,和EQE分别为0.48V,41.28mA/cm2,14％和16％，电池的有效面积为25×1mm)在模拟太阳光下(AM 1.5G，100mW/cm2)用源表测定了集光器-电池***的光电流参数并计算了它们的外部光学效率。图9是应用实施例1～4制备的集光器的光电流曲线。应用实施例1～4制备的集光器的Jsc分别为13.15，9.58，10.99和7.30mA/cm2。用下述公式计算集光器的外部光学效率(ηopt)：
其中，G是几何增益，定义为集光器顶部面积与边缘面积的比值。ISC是硅电池在模拟太阳光下的短路电流。ILSC是当集光器与硅电池耦合时，在模拟太阳光下硅电池的短路电流。
通过计算得到应用实施例1～4制备的集光器的ηopt分别为5.10％，3.71％，4.26％和2.83％。
Claims (5)
1.一种碳点-有机硅复合荧光材料的制备方法，其特征在于：所述方法具体包括如下步骤：
将混合反应物加入到由去离子水和无水乙醇组成的混合溶剂中，混匀，将所得混合反应液进行溶剂热反应，设置反应温度为180或200 ℃，反应时间为12 h；反应结束后，将所得产物离心、洗涤，干燥，得到所述的碳点-有机硅复合荧光材料；其中：所述混合反应物由小分子有机酸和/或其盐、含氮小分子、含氨基的有机硅烷组成；所述含氮小分子为尿素；所述尿素与小分子有机酸和/或其盐的摩尔比至16:1；所述含氨基的有机硅烷与小分子有机酸和/或其盐的摩尔比为6:1；所述混合反应物中小分子有机酸为柠檬酸；所述含氨基的有机硅烷为3-氨丙基三乙氧基硅烷；
或者，将混合反应物加入到由去离子水和无水乙醇组成的混合溶剂中，混匀，将所得混合反应液进行溶剂热反应，设置反应温度为180或200 ℃，反应时间为12 h；反应结束后，将所得产物离心、洗涤，干燥，得到所述的碳点-有机硅复合荧光材料；其中：所述混合反应物由小分子有机酸和/或其盐、含氮小分子、含氨基的有机硅烷组成；所述含氮小分子为尿素；所述尿素与小分子有机酸和/或其盐的摩尔比至32:1；所述含氨基的有机硅烷与小分子有机酸和/或其盐的摩尔比为6:1；所述混合反应物中小分子有机酸为柠檬酸；所述含氨基的有机硅烷为3-氨丙基三乙氧基硅烷；
或者，将混合反应物加入到由去离子水和无水乙醇组成的混合溶剂中，混匀，将所得混合反应液进行溶剂热反应，设置反应温度为200℃，反应时间为4h或12 h；反应结束后，将所得产物离心、洗涤，干燥，得到所述的碳点-有机硅复合荧光材料；其中：所述混合反应物由小分子有机酸和/或其盐、含氮小分子、含氨基的有机硅烷组成；所述含氮小分子为尿素；所述尿素与小分子有机酸和/或其盐的摩尔比至32:1；所述含氨基的有机硅烷与小分子有机酸和/或其盐的摩尔比为2:1；所述混合反应物中小分子有机酸为柠檬酸；所述含氨基的有机硅烷为3-氨丙基三乙氧基硅烷。
2.权利要求1所述的碳点-有机硅复合荧光材料的制备方法制备得到的碳点-有机硅复合荧光材料。
3.权利要求1所述方法制备得到的碳点-有机硅复合荧光材料在制备发光太阳能集光器中的应用。
4.一种发光太阳能集光器，其特征在于：包含形成集光器本体的玻璃或塑料波导，以及涂覆在所述本体表面的荧光体，其中：所述荧光体包括权利要求1所述方法制备得到的碳点-有机硅复合荧光材料。
5.权利要求4所述的发光太阳能集光器的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
将所述碳点-有机硅复合荧光材料与聚硅氧烷混合，搅拌均匀；然后加入催化剂，继续搅拌均匀，将所得涂覆液涂覆在本体表面，室温固化，得到所述的发光太阳能集光器。
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|---|---|---|---|
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|---|---|---|---|---|
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Citations (2)
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|---|---|---|---|---|
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-
2022
- 2022-02-25 CN CN202210182587.7A patent/CN114574197B/zh active Active
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Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| Yuhan Wu et al..Highly Emissive Carbon Dots/Organosilicon Composites for Efficient and Stable Luminescent Solar Concentrators.《ACS Appl.EnergyMater.》.2022,第5卷第1781-1792页. * |
| Zhihao Bi et al..Transparent Wood Film Incorporating Carbon Dots as Encapsulating Material for White Light-Emitting Diodes.《ACS Sustainable Chem. Eng.》.2018,第6卷第9314-9323页. * |
Also Published As
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