TWI605682B - 可撓式量子點太陽能聚光片及其製備方法 - Google Patents

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Description

可撓式量子點太陽能聚光片及其製備方法
本發明係關一種太陽能聚光器用之量子點太陽能聚光片及製備方法，特別是關於一種具備高度透光性的可撓式量子點太陽能聚光片及製備方法。
在自然界中取之不盡、用之不竭之重要能源，最為世人所熟知的就屬太陽能了。隨著環保意識的抬頭，世界各國莫不大力開發各種可再生能源，特別是世界各國已爭相利用不具有污染性之太陽能來解決石油、天然氣、煤等可能耗盡、以及環境危害等之問題。
現今，太陽能的能源利用之開發重點，主要係著眼於如何更有效地收集太陽能，如何更有效率地使太陽能聚光、集熱、發電或彼等之結合方式等。
太陽能聚光主要用在太陽能光電系統上；太陽能集熱是以太陽能光熱為利用基礎，被廣泛運用於太陽能光熱發電、太陽能發熱等系統上。
傳統聚光型太陽能電池所使用之聚光器多半是使用透鏡將光聚集於狹小面積藉以提高發電效率；然而，因為此類系統整體上必須搭配太陽光追蹤系統，導致此類太陽能系統時常具有體積龐大、重量過高、不易量產、及難以應用於家用發電系統之多種的問題點。
為了解決上述之問題點，近年來已發展出一種由量子點與有機高分子材料複合而成之量子點太陽能聚光片。由於此類的量子點太陽能聚光片為一種透明或半透明之平面結構體、以及具有優良的光學性能、與聚光發電之功能，因而已成為新一代太陽能聚光器的主導者，廣受現代建築界大量使用。
然而，量子點太陽能聚光片仍存在有許多的難以令人滿意的缺陷，例如，硬質材料所構成容易脆化斷裂、戶外使用壽命不長、不耐惡劣天候、不易加工等等各種的缺點，此等缺點極為需要現代工業界成員共同努力克服與一同解決的。
從而，急迫需要開發出一種不但能夠保有量子點太陽能聚光片之原本光學特性以外，同時不易脆化斷裂、戶外使用壽命長、耐惡劣天候、，而且還兼具有容易彎曲、對摺之優良撓曲性質、製造成本低廉、加工容易、高經濟效益之新穎可撓式量子點太陽能聚光片。
有鑑於此，本發明人等經由潛心研究及尋找用於解決傳統技術之上述問題點的各種可能方案，進而開發出一種不但能夠改善習用技術之上述問題點，以及不但能夠保有量子點太 陽能聚光片之原本光學特性以外，同時不易脆化斷裂、戶外使用壽命長、耐惡劣天候、，而且還兼具有容易彎曲、對摺之優良撓曲性質、製造成本低廉、加工容易、高經濟效益之新穎可撓式量子點太陽能聚光片，至此乃完成本發明。
換言之，依據本發明之一具體實施例可以提供一種量子點太陽能聚光片，其係由至少一光學層、及複數個量子點粒子所構成之可撓式太陽能聚光片(FLSC)，其中該光學層係由包括導光材料、硬化劑所構成，該導光材料與該硬化劑中之至少一者為聚二甲基矽氧烷(PDMS)、聚乙烯醇縮丁醛(PVB)、或聚乙烯醇(PVA)、或者彼等之混合物；該量子點粒子係由銅化銦硫/硫化鋅(CIS/ZnS)所構成；以及在室溫下，該太陽能聚光片具有能夠完全捲曲成圓筒狀之可撓性；並且在製成30mm(L)x 30mm(W)x 5mm(T)之薄片狀FLSC後，將其彎曲對摺直到該FLSC發生裂痕或斷裂以前為止，量測此時因彎曲對摺所形成之最小夾角θ，以它做為該薄片狀FLSC在不發生裂痕或斷裂之可撓曲角度的情況下，所量測得到之最小夾角θ(可撓曲角度)為不大於60度。
又，依據本發明之另一觀點，本發明所提供之可撓式量子點太陽能聚光片之大小、形狀並未特別加以限制，舉例來說，例如，其可以是30mm(L)x 30mm(W)之薄片狀，也可以是10mm(L)x 30mm(W)之矩形狀，當然也可以是圓筒柱等。
其次，依據本發明之另一觀點，在本發明所提供之可撓式量子點太陽能聚光片中，量子點的位置並未特別加以限 制，舉例來說，例如，量子點可以是存在於聚光片之上表層、下表層、或中間層。
又，依據本發明之另一觀點，本發明所提供之可撓式量子點太陽能聚光片之最小夾角θ(可撓曲角度)並未特別加以限制，舉例來說，例如，一般為不大於60度；較佳為不大於45度；更佳為不大於30度；特佳為不大於15度；最佳為不大於5度。
再者，依據本發明之另一具體實施例，可以提供一種可撓式量子點太陽能聚光片，其中光學層為二層時，複數個量子點粒子為分散於其中之至少任一層或兩層。
此外，依據本發明之其他的具體實施例，可以提供一種可撓式量子點太陽能聚光片，其中光學層為三層時，複數個量子點粒子為分散於其中之至少任一層或以上。
另外，依據本發明之另一觀點，還可以提供一種光學層為三層的可撓式量子點太陽能聚光片，其中複數個量子點粒子為分散於最中間之一層。
又，依據本發明之其他的觀點，另外可以提供一種光學層為三層的可撓式量子點太陽能聚光片，其中複數個量子點粒子為分散於至少一側之最外層。
此外，依據本發明之另一觀點，又可以提供一種光學層為三層的可撓式量子點太陽能聚光片，其中複數個量子點粒子為分散於兩側之最外層。
再者，依據本發明之撓式量子點太陽能聚光片的另一具體實施例，可適合於做為本發明之光學層的構成成分使用的導光材料、及/或硬化劑，只要是能夠構成兼具透光性、導光性性之材料即可，並沒有特別限制。例如，可以使用在本發明所屬技術領域之現有技術中一般所熟知的可撓性透光材料。
上述之可撓性透光材料，舉例來說，例如但不限於聚二甲基矽氧烷(PDMS)、聚乙烯醇縮丁醛(PVB)、聚乙烯醇(PVA)；聚對苯二甲酸乙二酯(polyethylene terephthalate，PET)或聚萘二甲酸乙二酯(polyethylene naphthalate,PEN)等之聚酯樹脂(polyester resin)類聚合物；聚甲基丙烯酸甲酯(polymethyl methacrylate，PMMA)等之聚丙烯酸酯樹脂(polyacrylate resin)類聚合物；聚醯亞胺樹脂(polyimide resin)聚合物；聚乙烯(PE)或聚丙烯(PP)、聚環烯烴樹脂(polycycloolefmresin)、聚碳酸酯樹脂(polycarbonate resin)、聚胺基甲酸酯樹脂(polyurethane resin)、三醋酸纖維素(triacetate cellulose，TAC)等之聚烯烴樹脂(polyolefin resin)、或彼等之混合物。
在上述可撓性透光材料之例子中，較佳為使用聚二甲基矽氧烷(PDMS)、聚乙烯醇縮丁醛(PVB)、聚乙烯醇(PVA)、聚對苯二甲酸乙二酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚環烯烴樹脂、或三醋酸纖維素、或者彼等之混合物，更佳為聚二甲基矽氧烷(PDMS)、聚乙烯醇縮丁醛(PVB)、聚乙烯醇(PVA)、或聚對苯二甲酸乙二酯、或者彼等之混合物；最佳為聚二甲基矽氧烷(PDMS)、聚乙 烯醇縮丁醛(PVB)、或聚乙烯醇(PVA)、或者彼等之混合物來做為本發明之光學層的構成成分之導光材料、及/或硬化劑的來源。
又，依據本發明之撓式量子點太陽能聚光片的另一具體實施例，導光材料、硬化劑的來源可以是相同，也可以是不同，較佳為該導光材料與該硬化劑中之至少一者為聚二甲基矽氧烷(PDMS)、聚乙烯醇縮丁醛(PVB)、或聚乙烯醇(PVA)；更佳為該導光材料與該硬化劑兩者皆為聚二甲基矽氧烷(PDMS)、聚乙烯醇縮丁醛(PVB)、或聚乙烯醇(PVA)。
一種可撓式量子點太陽能聚光片之製備方法，其包括：將導光材料(X)、硬化劑(Y)、及量子點發光材料(Z)均勻攪拌混和後，倒入模組並以真空消除無氣泡，接著於預熱至第一加熱溫度的烘箱中進行烘烤歷第一硬化成形時間後，再持續升溫至第二加熱溫度行烘烤歷第二硬化成形時間後，放置冷卻而得到太陽能聚光片(FLSC)；其中導光材料(X)、硬化劑(Y)之添加比，以重量計，X：Y之比值為在20：3至3：20之範圍；導光材料(X)、量子點發光材料(Z)之添加比，以重量計，X：Z之比值為在10：1至1：10之範圍；硬化劑(Y)、量子點發光材料(Z)之添加比，以重量計，Y：Z之比值為在3：2至2：3之範圍；以及在室溫下，該太陽能聚光片(FLSC)具有能夠完全捲曲成圓筒狀之可撓性。
又，依據本發明之其他的具體實施例，還可以提供一種可撓式量子點太陽能聚光片，其中在該導光材料(X)與硬化劑(Y)中至少有一者為聚二甲基矽氧烷材料(PDMS)、聚乙烯 醇縮丁醛(PVB)、或聚乙烯醇(PVA)、或者彼等之混合物；量子點發光材料係包括以銅化銦硫/硫化鋅量子點(CIS/ZnS)為主之材料
再者，依據本發明之另一具體實施例，另外可以提供一種量子點太陽能聚光片，其中第一加熱溫度為在50至90℃之範圍、及/或第一硬化成形時間為6小時至36小時之範圍；較佳者是：第一加熱溫度為在55至85℃之範圍、及/或第一硬化成形時間為7小時至33小時之範圍；更佳者是：第一加熱溫度為在60至80℃之範圍、及/或第一硬化成形時間為8小時至30小時之範圍；特佳者是：第一加熱溫度為在60至75℃之範圍、及/或第一硬化成形時間為8小時至28小時之範圍。
此外，依據本發明之再一其他的具體實施例，又可以提供一種可撓式量子點太陽能聚光片，其中第二加熱溫度為在80至160℃之範圍、及/或第二硬化成形時間為0.5小時至24小時之範圍；較佳者是：第二加熱溫度為在85至155℃之範圍、及/或第二硬化成形時間為0.7小時至22小時之範圍；更佳者是：第二加熱溫度為在90至150℃之範圍、及/或第二硬化成形時間為0.9小時至20小時之範圍；特佳者是：第二加熱溫度為在95至145℃之範圍、及/或第二硬化成形時間為1.0小時至18小時之範圍。
圖1係顯示本發明有關之可撓式量子點太陽能聚光片的一實施例之典型的製作流程之示意圖。
圖2係顯示本發明有關之一實施例的可撓式量子點太陽能聚光片進行可對摺性試驗結果之照片。
圖3係顯示本發明有關之實施例1、3、5所製得的銅銦硫/硫化鋅量子點之特徵光譜圖。
圖4係顯示本發明有關之實施例2、4所製得的銅銦硫/硫化鋅量子點之特徵光譜圖
圖5係顯示本發明有關之實施例1-5所製得的可撓式量子點太陽能聚光片之照片；其中符號1、2、3、4、5為分別表示實施例1、2、3、4、5所製得的可撓式量子點太陽能聚光片。
下面結合附圖對本發明之可撓式量子點太陽能聚光片的結構及製備方法等進行具體的描述。
在以下，雖然是針對本發明之可撓式量子點太陽能聚光片中的光學層等之各構成、及其所利用、導光材料、硬化劑、量子點粒子等要素進行說明；然而，本發明當然不是限定於此等所記載者而已。
再者，熟悉此項技術之業者亦尚明瞭：能夠基於該等記載而容易實施之修飾或變更而完成之創作，亦皆視為不脫離本發明之精神與意旨的範圍內，當然該等創作亦均包括在本發明之申請專利範圍內。
又，本發明之可撓式量子點太陽能聚光片的用途並未特別地限定，例如，能夠使用來做為在太陽能板所用的聚光板、導光板、電子零件所用的電源、電池之構成元件等。
《手力可撓性試驗》
在室溫下，以手指力量將在實施例中所製得之30mm(L)x 30mm(W)x 5mm(T)的可撓式量子點太陽能聚光片(FLSC)予以捲曲，藉由能否被捲成圓筒狀來判斷其可撓性良寙，當非常容易捲曲時判斷為良好可撓性(○)；當不易捲曲或捲曲有難度時判斷為中等可撓性(△)；當不能夠捲曲時判斷為不具有可撓性(×)。
《可對摺性試驗》
在室溫下，以手指力量將在實施例中所製得之30mm(L)x 30mm(W)x 5mm(T)之可撓式量子點太陽能聚光片(FLSC)予以對摺，將其彎曲對摺直到該FLSC發生裂痕或斷裂以前為止，如圖2所示，量測此時因彎曲對摺所形成之最小夾角θ，以它做為該薄片狀FLSC在不發生裂痕或斷裂之可對摺角度。
接著，藉由上述量測得到的可對摺角度(最小夾角θ)結果，依照以下標準來判斷其可撓性良寙。
(1)當最小夾角θ為小於30度時判斷為良好容易對摺(◎)；(2)當最小夾角θ為在31度至60度之間時判斷為中等容易對摺(○)；(3)當最小夾角θ為在61度至90度之間時判斷為一般容易對摺(△)； (4)當最小夾角θ為在91度至120度之間時判斷為不易對摺或可撓性差(△△△)；(5)當最小夾角θ為在121度至165度時判斷為難以對摺或劣等可撓性(×)；(6)當最小夾角θ為大於166度時判斷為不可對摺或不具有可撓性(×××)。
圖1係顯示本發明有關之可撓式量子點太陽能聚光片的一實施例之典型的製作流程之示意圖。
以下，一邊參照圖1，一邊來說明製作本發明之可撓式量子點太陽能聚光片的參考實例。
實施例1
《銅銦硫/硫化鋅量子點(CuInS2/ZnS QDs)溶液之製備》
首先，將1.7mmol之Copper(I)iodide(CuI，98%)與17ml之n-dodecylthiol(DDT，98.0%)加以均勻攪拌混合後，移入微波爐(Anton Paar公司製，Monowave 300)中，於溫度120℃持續加熱10分鐘而得到0.1mM的Cu-DDT溶液。
其次，將3.4mmol之硫(S，99.5%)與17ml之n-octadecene(ODE，90%)加以均勻攪拌混合後，移入微波爐(Anton Paar公司製，Monowave 300)中，於溫度160℃持續加熱10分鐘而使得到0.2mM之S-ODE溶液。
接著，將6.8mmol之醋酸鋅(zinc acetate)(Zn(Ac)2，99.5%)、5ml之油胺(Oleylamine)(OAm，70%)、及 12ml之n-十八烯(n-octadecene)(ODE，90%)加以均勻攪拌混合後，移入微波爐(Anton Paar公司製，Monowave 300)中，於溫度160℃持續加熱10分鐘而得到0.4mM之Zn-OAm-ODE溶液。
然後，將0.2mmol之醋酸銦(Indium(III)acetate)(In(Ac)3，99.99%)、1ml之上述所製備之0.1mM的Cu-DDT、0.6ml之油酸(oleic acid)(OA，90%)、1ml之上述所製備之0.2mM的S-ODE、3ml之n-十八烯(n-octadecene)(ODE，90%)、以及1ml之n-十二烷硫醇(n-dodecylthiol)(DDT，98.0%)加以均勻攪拌混合後，移入微波爐(Anton Paar公司製，Monowave 300)中，於溫度230℃持續加熱5分鐘而得到銅銦硫(CIS)量子點溶液。
接著，在試管中，加入3ml之上述所製備的0.4mM之Zn-OAm-ODE溶液、及上述所製備的銅銦硫(CIS)量子點溶液後，將此試管移入微波爐(Anton Paar公司製，Monowave 300)中，於溫度230℃持續加熱10分鐘而得到粗製的銅銦硫/硫化鋅量子點(CuInS2/ZnS QDs)溶液。
繼續，在50ml的離心管中，投入9.6ml之上述所製備的銅銦硫/硫化鋅量子點(CuInS2/ZnS QDs)溶液、30ml之丙酮後，在轉速為4000rpm之離心機中持續離心15min而得到具有銅銦硫/硫化鋅量子點(CuInS2/ZnS QDs)之固體。
又，上成所製的銅銦硫/硫化鋅量子點(CuInS2/ZnS QDs)之量子效益為40%，具有寬帶藍紫光吸收和寬帶紅橙光發射等之光學特性，如圖3所示之特徵光譜，黑線為 吸收光譜，紅為發射光譜，發射光譜波峰位置在625nm，因而能夠將藍紫光轉化為紅光。
《太陽能聚光片之製備》
將0.79g之上述所製備的銅銦硫/硫化鋅量子點(CuInS2/ZnS QDs)固體分散於20ml的氯仿中而配製成濃度為39.5mg/mL的混合溶液、10ml之聚矽氧彈性劑A(商品名：Sylgard 184 A，主成分為PDMS(聚二甲基矽氧烷)，silicone elastomers A)、及1.5ml之聚矽氧彈性劑B(商品名：Sylgard 184B，主成分為PDMS(聚二甲基矽氧烷)，silicone elastomers B)攪拌混合後，倒入30mm(L)x 30mm(W)x 5mm(T)之模具內，移入真空乾燥室中，利用真空幫浦(LABOPORT® N810.3 FT.18)抽氣30min形成真空而除去表面氣泡。
接著，將經去除表面氣泡的模組放入熱流烘箱內，以70℃烘烤12小時藉以去除氯仿後，再持續升溫至120℃烘烤2小時進行硬化成形。成形終了以後，置涼脫模後而得到本實施例1之可撓式量子點太陽能聚光片(FLSC1)，如圖5所示。
接著，對於上述所得到的之可撓式量子點太陽能聚光片(FLSC1)進行光學試驗，測得吸收度為0.7。因而，根據Beer-Lambert Law定律《A=ε×C×d，(其中，A為吸收度(Absorbance)，ε為莫耳吸收係數(M-1cm-1，為2 x 105)，C為濃度(M)，d為光徑長(cm)為厚度0.5cm》計算可得知，本實施例1所製得的太陽能聚光片(FLSC1)中之銅銦硫/硫化鋅量子點(CuInS2/ZnS QDs)的濃度為7μM。
接著，對於上述所得到的之可撓式量子點太陽能聚光片進行手力可撓性試驗、可對摺性試驗。結果，本實施例1之30mm(L)x 30mm(W)x 5mm(T)之薄片狀太陽能聚光片(FLSC1)，在室溫下，具有能夠完全捲曲成圓筒狀之；並且不發生裂痕或斷裂之最小夾角θ(可對摺角度)為28度，因而判斷本實施例1之太陽能聚光片(FLSC1)具有優良的手力可撓性、及非常良好的可對摺性。如上述進行而得到的太陽能聚光片(FLSC1)之物性表示於表1中。
實施例2
《銅銦硫/硫化鋅量子點(CuInS2/ZnS QDs)溶液之製備》
首先，將1.7mmol之Copper(I)iodide(CuI，98%)與17ml之n-dodecylthiol(DDT，98.0%)加以均勻攪拌混合後，移入微波爐(Anton Paar公司製，Monowave 300)中，於溫度120℃持續加熱10分鐘而得到0.1mM的Cu-DDT溶液。
其次，將3.4mmol之硫(S，99.5%)與17ml之n-octadecene(ODE，90%)加以均勻攪伴混合後，移入微波爐(Anton Paar公司製，Monowave 300)中，於溫度160℃持續加熱10分鐘而使得到0.2mM之S-ODE溶液。
接著，將6.8mmol之醋酸鋅(zinc acetate)(Zn(Ac)2，99.5%)、5ml之油胺(Oleylamine)(OAm，70%)、及12ml之n-十八烯(n-octadecene)(ODE，90%)加以均勻攪拌混合後，移入微波爐(Anton Paar公司製，Monowave 300)中，於溫 度160℃持續加熱10分鐘而得到0.4mM之Zn-OAm-ODE溶液。
然後，將0.2mmol之醋酸銦(Indium(III)acetate)(In(Ac)3，99.99%)、1ml之上述所製備之0.1mM的Cu-DDT、0.6ml之油酸(oleic acid)(OA，90%)、1ml之上述所製備之0.2mM的S-ODE、3ml之n-十八烯(n-octadecene)(ODE，90%)、以及1ml之n-十二烷硫醇(n-dodecylthiol)(DDT，98.0%)加以均勻攪拌混合後，移入微波爐(Anton Paar公司製，Monowave 300)中，於溫度230℃持續加熱5分鐘而得到銅銦硫(CIS)量子點溶液。
接著，在試管中，加入3ml之上述所製備的0.4mM之Zn-OAm-ODE溶液、及上述所製備的銅銦硫(CIS)量子點溶液後，將此試管移入微波爐(Anton Paar公司製，Monowave 300)中，於溫度230℃持續加熱10分鐘而得到粗製的銅銦硫/硫化鋅量子點(CuInS2/ZnS QDs)溶液。
繼續，在50ml的離心管中，投入9.6ml之上述所製備的銅銦硫/硫化鋅量子點(CuInS2/ZnS QDs)溶液、30ml之丙酮後，在轉速為4000rpm之離心機中持續離心15min而得到具有銅銦硫/硫化鋅量子點(CuInS2/ZnS QDs)之固體沉澱物。
又，上成所製的銅銦硫/硫化鋅量子點(CuInS2/ZnS QDs)之量子效益為40%，具有寬帶藍紫光吸收和寬帶紅橙光發射等之光學特性，如圖所示之特徵光譜，黑線為吸 收光譜，紅為發射光譜，發射光譜波峰位置在690nm，因而能夠將藍紫光轉化為紅光。
《太陽能聚光片之製備》
將1.34g之上述所製備的銅銦硫/硫化鋅量子點(CuInS2/ZnS QDs)固體分散於20ml之氯仿中而配製成濃度為67mg/mL的混合溶液、10ml之聚矽氧彈性劑A(商品名：Sylgard 184A，主成分為PDMS(聚二甲基矽氧烷)，silicone elastomers A)、及1.5ml之聚矽氧彈性劑B(商品名：Sylgard 184 B，主成分為PDMS(聚二甲基矽氧烷)，silicone elastomers B)攪拌混合後，倒入30mm(L)x 30mm(W)x 5mm(T)之模具內，移入真空乾燥室中，利用真空幫浦(LABOPORT® N810.3 FT.18)抽氣30min形成真空而除去表面氣泡。
接著，將經去除表面氣泡的模組放入熱流烘箱內，以70℃烘烤12小時藉以去除氯仿後，再持續升溫至120℃烘烤2小時進行硬化成形。成形終了以後，置涼脫模後而得到本實施例2之可撓式量子點太陽能聚光片(FLSC2)，如圖5所示。
接著，對於上述所得到的之可撓式量子點太陽能聚光片(FLSC2)進行光學試驗，測得吸收度為1.2。因而，根據Beer-Lambert Law定律《A=ε×C×d，(其中，A為吸收度(Absorbance)，ε為莫耳吸收係數(M-1cm-1，為2 x 105)，C為濃度(M)，d為光徑長(cm)為厚度0.5cm》計算可得知，本實施例2所製得的太陽能聚光片(FLSC2)中之銅銦硫/硫化鋅量子點(CuInS2/ZnS QDs)的濃度為12μM。
接著，對於上述所得到的之可撓式量子點太陽能聚光片進行手力可撓性試驗、可對摺性試驗。結果，本實施例2之30mm(L)x 30mm(W)x 5mm(T)之薄片狀太陽能聚光片(FLSC2)，在室溫下，具有能夠完全捲曲成圓筒狀之；並且不發生裂痕或斷裂之最小夾角θ(可對摺角度)為30度，因而判斷本實施例2之太陽能聚光片(FLSC2)具有優良的手力可撓性、及非常良好的可對摺性。如上述進行而得到的太陽能聚光片(FLSC2)之物性表示於表1中。
實施例3
《銅銦硫/硫化鋅量子點(CuInS2/ZnS QDs)溶液之製備》
首先，將1.7mmol之Copper(I)iodide(CuI，98%)與17ml之n-dodecylthiol(DDT，98.0%)加以均勻攪拌混合後，移入微波爐(Anton Paar公司製，Monowave300)中，於溫度120℃持續加熱10分鐘而得到0.1mM的Cu-DDT溶液。
其次，將3.4mmol之硫(S，99.5%)與17ml之n-octadecene(ODE，90%)加以均勻攪伴混合後，移入微波爐(Anton Paar公司製，Monowave 300)中，於溫度160℃持續加熱10分鐘而使得到0.2mM之S-ODE溶液。
接著，將6.8mmol之醋酸鋅(zinc acetate)(Zn(Ac)2，99.5%)、5ml之油胺(Oleylamine)(OAm，70%)、及12ml之n-十八烯(n-octadecene)(ODE，90%)加以均勻攪拌混合 後，移入微波爐(Anton Paar公司製，Monowave 300)中，於溫度160℃持續加熱10分鐘而得到0.4mM之Zn-OAm-ODE溶液。
然後，將0.2mmol之醋酸銦(Indium(III)acetate)(In(Ac)3，99.99%)、1ml之上述所製備之0.1mM的Cu-DDT、0.6ml之油酸(oleic acid)(OA，90%)、1ml之上述所製備之0.2mM的S-ODE、3ml之n-十八烯(n-octadecene)(ODE，90%)、以及1ml之n-十二烷硫醇(n-dodecylthiol)(DDT，98.0%)加以均勻攪拌混合後，移入微波爐(Anton Paar公司製，Monowave 300)中，於溫度230℃持續加熱5分鐘而得到銅銦硫(CIS)量子點溶液。
接著，在試管中，加入3ml之上述所製備的0.4mM之Zn-OAm-ODE溶液、及上述所製備的銅銦硫(CIS)量子點溶液後，將此試管移入微波爐(Anton Paar公司製，Monowave 300)中，於溫度230℃持續加熱10分鐘而得到粗製的銅銦硫/硫化鋅量子點(CuInS2/ZnS QDs)溶液。
繼續，在50ml的離心管中，投入9.6ml之上述所製備的銅銦硫/硫化鋅量子點(CuInS2/ZnS QDs)溶液、30ml之丙酮後，在轉速為4000rpm之離心機中持續離心15min而得到具有銅銦硫/硫化鋅量子點(CuInS2/ZnS QDs)之固體沉澱物。
又，上成所製的銅銦硫/硫化鋅量子點(CuInS2/ZnS QDs)之量子效益為40%，具有寬帶藍紫光吸收和寬帶紅橙光發射等之光學特性，如圖3所示之特徵光譜，黑線為 吸收光譜，紅為發射光譜，激發波長位置在625nm，因而能夠將藍紫光轉化為紅光。
《太陽能聚光片之製備》
將0.79g之上述所製備的銅銦硫/硫化鋅量子點(CuInS2/ZnS QDs)固體分散於20ml之氯仿中而配製成濃度為39.5mg/mL的混合溶液、10ml之聚矽氧彈性劑A(商品名：Sylgard 184 A，主成分為PDMS(聚二甲基矽氧烷)，silicone elastomers A)、及1.5ml之聚矽氧彈性劑B(商品名：Sylgard 184B，主成分為PDMS(聚二甲基矽氧烷)，silicone elastomers B)攪拌混合後，倒入30mm(L)x 30mm(W)x 5mm(T)之模具內，移入真空乾燥室中，利用真空幫浦(LABOPORT® N810.3 FT.18)抽氣30min形成真空而除去表面氣泡。
接著，將經去除表面氣泡的模組放入熱流烘箱內，以70℃烘烤12小時藉以去除氯仿後，再持續升溫至120℃烘烤6小時進行硬化成形。成形終了以後，置涼脫模後而得到本實施例3之可撓式量子點太陽能聚光片(FLSC3)，如圖5所示。
接著，對於上述所得到的之可撓式量子點太陽能聚光片(FLSC3)進行光學試驗，測得吸收度為3.0。因而，根據Beer-Lambert Law定律《A=ε×C×d，(其中，A為吸收度(Absorbance)，ε為莫耳吸收係數(M-1cm-1，為2 x 105)，C為濃度(M)，d為光徑長(cm)為厚度0.5cm》計算可得知，本實施例3所製得的太陽能聚光片(FLSC3)中之銅銦硫/硫化鋅量子點(CuInS2/ZnS QDs)的濃度為30μM。
接著，對於上述所得到的之可撓式量子點太陽能聚光片進行手力可撓性試驗、可對摺性試驗。結果，本實施例3之30mm(L)x 30mm(W)x 5mm(T)之薄片狀太陽能聚光片(FLSC3)，在室溫下，具有能夠完全捲曲成圓筒狀之；並且不發生裂痕或斷裂之最小夾角θ(可對摺角度)為38度，因而判斷本實施例3之太陽能聚光片(FLSC3)具有優良的手力可撓性、及中等可對摺性。如上述進行而得到的太陽能聚光片(FLSC3)之物性表示於表1中。
實施例4
《銅銦硫/硫化鋅量子點(CuInS2/ZnS QDs)溶液之製備》
首先，將1.7mmol之Copper(I)iodide(CuI，98%)與17ml之n-dodecylthiol(DDT，98.0%)加以均勻攪拌混合後，移入微波爐(Anton Paar公司製，Monowave 300)中，於溫度120℃持續加熱10分鐘而得到0.1mM的Cu-DDT溶液。
其次，將3.4mmol之硫(S，99.5%)與17ml之n-octadecene(ODE，90%)加以均勻攪伴混合後，移入微波爐(Anton Paar公司製，Monowave 300)中，於溫度160℃持續加熱10分鐘而使得到0.2mM之S-ODE溶液。
接著，將6.8mmol之醋酸鋅(zinc acetate)(Zn(Ac)2，99.5%)、5ml之油胺(Oleylamine)(OAm，70%)、及12ml之n-十八烯(n-octadecene)(ODE，90%)加以均勻攪拌混合後，移入微波爐(Anton Paar公司製，Monowave 300)中，於溫 度160℃持續加熱10分鐘而得到0.4mM之Zn-OAm-ODE溶液。
然後，將0.2mmol之醋酸銦(Indium(III)acetate)(In(Ac)3，99.99%)、1ml之上述所製備之0.1mM的Cu-DDT、0.6ml之油酸(oleic acid)(OA，90%)、1ml之上述所製備之0.2mM的S-ODE、3ml之n-十八烯(n-octadecene)(ODE，90%)、以及1ml之n-十二烷硫醇(n-dodecylthiol)(DDT，98.0%)加以均勻攪拌混合後，移入微波爐(Anton Paar公司製，Monowave 300)中，於溫度230℃持續加熱5分鐘而得到銅銦硫(CIS)量子點溶液。
接著，在試管中，加入3ml之上述所製備的0.4mM之Zn-OAm-ODE溶液、及上述所製備的銅銦硫(CIS)量子點溶液後，將此試管移入微波爐(Anton Paar公司製，Monowave 300)中，於溫度230℃持續加熱10分鐘而得到粗製的銅銦硫/硫化鋅量子點(CuInS2/ZnS QDs)溶液。
繼續，在50ml的離心管中，投入9.6ml之上述所製備的銅銦硫/硫化鋅量子點(CuInS2/ZnS QDs)溶液、30ml之丙酮後，在轉速為4000rpm之離心機中持續離心15min而得到具有銅銦硫/硫化鋅量子點(CuInS2/ZnS QDs)之固體沉澱物。
又，上成所製的銅銦硫/硫化鋅量子點(CuInS2/ZnS QDs)之量子效益為40%，具有寬帶藍紫光吸收和寬帶紅橙光發射等之光學特性，如圖4所示之特徵光譜，黑線為 吸收光譜，紅為發射光譜，激發波長位置在690nm，因而能夠將藍紫光轉化為紅光。
《太陽能聚光片之製備》
將1.34g之上述所製備的銅銦硫/硫化鋅量子點(CuInS2/ZnS QDs)固體分散於20ml之氯仿中而配製成濃度為67mg/mL的混合溶液、10ml之聚矽氧彈性劑A(商品名：Sylgard 184 A，主成分為PDMS(聚二甲基矽氧烷)，silicone elastomers A)、及1.5ml之聚矽氧彈性劑B(商品名：Sylgard 184 B，主成分為PDMS(聚二甲基矽氧烷)，silicone elastomers B)攪拌混合後，倒入30mm(L)x 30mm(W)x 5mm(T)之模具內，移入真空乾燥室中，利用真空幫浦(LABOPORT® N810.3 FT.18)抽氣30min形成真空而除去表面氣泡。
接著，將經去除表面氣泡的模組放入熱流烘箱內，以70℃烘烤24小時藉以去除氯仿後，再持續升溫至120℃烘烤12小時進行硬化成形。成形終了以後，置涼脫模後而得到本實施例4之可撓式量子點太陽能聚光片(FLSC4)，如圖5所示。
接著，對於上述所得到的之可撓式量子點太陽能聚光片(FLSC4)進行光學試驗，測得吸收度為4.2。因而，根據Beer-Lambert Law定律《A=ε×C×d，(其中，A為吸收度(Absorbance)，ε為莫耳吸收係數(M-1cm-1，為2 x 105)，C為濃度(M)，d為光徑長(cm)為厚度0.5cm》計算可得知，本實施例4所製得的太陽能聚光片(FLSC4)中之銅銦硫/硫化鋅量子點(CuInS2/ZnS QDs)的濃度為42μM。
接著，對於上述所得到的之可撓式量子點太陽能聚光片進行手力可撓性試驗、可對摺性試驗。結果，本實施例4之30mm(L)x 30mm(W)x 5mm(T)之薄片狀太陽能聚光片(FLSC4)，在室溫下，具有能夠完全捲曲成圓筒狀之；並且不發生裂痕或斷裂之最小夾角θ(可對摺角度)為47度，因而判斷本實施例4之太陽能聚光片(FLSC4)具有優良的手力可撓性、及中等可對摺性。如上述進行而得到的太陽能聚光片(FLSC4)之物性表示於表1中。
實施例5
《銅銦硫/硫化鋅量子點(CuInS2/ZnS QDs)溶液之製備》
首先，將1.7mmol之Copper(I)iodide(CuI，98%)與17ml之n-dodecylthiol(DDT，98.0%)加以均勻攪拌混合後，移入微波爐(Anton Paar公司製，Monowave 300)中，於溫度120℃持續加熱10分鐘而得到0.1mM的Cu-DDT溶液。
其次，將3.4mmol之硫(S，99.5%)與17ml之n-octadecene(ODE，90%)加以均勻攪伴混合後，移入微波爐(Anton Paar公司製，Monowave 300)中，於溫度160℃持續加熱10分鐘而使得到0.2mM之S-ODE溶液。
接著，將6.8mmol之醋酸鋅(zinc acetate)(Zn(Ac)2，99.5%)、5ml之油胺(Oleylamine)(OAm，70%)、及12ml之n-十八烯(n-octadecene)(ODE，90%)加以均勻攪拌混合後，移入微波爐(Anton Paar公司製，Monowave 300)中，於溫 度160℃持續加熱10分鐘而得到0.4mM之Zn-OAm-ODE溶液。
然後，將0.2mmol之醋酸銦(Indium(III)acetate)(In(Ac)3，99.99%)、1ml之上述所製備之0.1mM的Cu-DDT、0.6ml之油酸(oleic acid)(OA，90%)、1ml之上述所製備之0.2mM的S-ODE、3ml之n-十八烯(n-octadecene)(ODE，90%)、以及1ml之n-十二烷硫醇(n-dodecylthiol)(DDT，98.0%)加以均勻攪拌混合後，移入微波爐(Anton Paar公司製，Monowave 300)中，於溫度230℃持續加熱5分鐘而得到銅銦硫(CIS)量子點溶液。
接著，在試管中，加入3ml之上述所製備的0.4mM之Zn-OAm-ODE溶液、及上述所製備的銅銦硫(CIS)量子點溶液後，將此試管移入微波爐(Anton Paar公司製，Monowave 300)中，於溫度230℃持續加熱10分鐘而得到粗製的銅銦硫/硫化鋅量子點(CuInS2/ZnS QDs)溶液。
繼續，在50ml的離心管中，投入9.6ml之上述所製備的銅銦硫/硫化鋅量子點(CuInS2/ZnS QDs)溶液、30ml之丙酮後，在轉速為4000rpm之離心機中持續離心15min而得到具有銅銦硫/硫化鋅量子點(CuInS2/ZnS QDs)之固體沉澱物。
又，上述所製成的銅銦硫/硫化鋅量子點(CuInS2/ZnS QDs)之量子效益為40%，具有寬帶藍紫光吸收和寬帶紅橙光發射等之光學特性，如圖3所示之特徵光譜，黑線為 吸收光譜，紅為發射光譜，激發波長位置在625nm，因而能夠將藍紫光轉化為紅光。
《太陽能聚光片之製備》
將0.79g之上述所製備的銅銦硫/硫化鋅量子點(CuInS2/ZnS QDs)溶液分散於20ml之氯仿中而配製成濃度為39.5mg/mL的混合溶液、10ml之聚矽氧彈性劑A(商品名：Sylgard 184 A，主成分為PDMS(聚二甲基矽氧烷)，silicone elastomers A)、及1.5ml之聚矽氧彈性劑B(商品名：Sylgard 184 B，主成分為PDMS(聚二甲基矽氧烷)，silicone elastomers B)攪拌混合後，倒入30mm(L)x 30mm(W)x 5mm(T)之模具內，移入真空乾燥室中，利用真空幫浦(LABOPORT® N810.3 FT.18)抽氣30min形成真空而除去表面氣泡。
接著，將經去除表面氣泡的模組放入熱流烘箱內，以70℃烘烤24小時藉以去除氯仿後，再持續升溫至120℃烘烤12小時進行硬化成形。成形終了以後，置涼脫模後而得到本實施例5之可撓式量子點太陽能聚光片(FLSC5)，如圖5所示。
接著，對於上述所得到的之可撓式量子點太陽能聚光片(FLSC5)進行光學試驗，測得吸收度為4.0。因而，根據Beer-Lambert Law定律《A=ε×C×d，(其中，A為吸收度(Absorbance)，ε為莫耳吸收係數(M-1cm-1，為2 x 105)，C為濃度(M)，d為光徑長(cm)為厚度0.5cm》計算可得知，本實施例5所製得的太陽能聚光片(FLSC5)中之銅銦硫/硫化鋅量子點(CuInS2/ZnS QDs)的濃度為40μM。
接著，對於上述所得到的之可撓式量子點太陽能聚光片進行手力可撓性試驗、可對摺性試驗。結果，本實施例5之30mm(L)x 30mm(W)x 5mm(T)之薄片狀太陽能聚光片(FLSC5)，在室溫下，具有能夠完全捲曲成圓筒狀之；並且不發生裂痕或斷裂之最小夾角θ(可對摺角度)為45度，因而判斷本實施例5之太陽能聚光片(FLSC5)具有優良的手力可撓性、及中等可對摺性。如上述進行而得到的太陽能聚光片(FLSC5)之物性表示於表1中。
從上述表1之結果，明顯可知：在實施例1至實施例5所製得的太陽能聚光片(FLSC)，其在手力可撓性試驗評價均為最高優良等級(○)，顯示出良好的捲曲性，容易收納不佔空間，非常有利於運送，可以有效地降低成本。又，在可對摺性試驗中所量測得到的各實施例之最小夾角θ(度)為界於28度至47度之間，顯示出皆具有良好的可對摺性，不易發生裂痕或難以斷裂，因而在產業的應用上是極為有用的。
綜上實施例1至實施例5之例示，可以確認：本發明之新穎可撓式量子點太陽能聚光片可同時具有不易脆化斷裂、戶外使用壽命長、耐惡劣天候、，而且還兼具有容易彎曲、對摺之優良撓曲性質、製造成本低廉、加工容易、高經濟效益之優異性能，因而藉由利用本發明之新穎可撓式量子點太陽能聚光片，除了能夠保有量子點太陽能聚光片之原本光學特性以外，而且能夠改善習用技術之上述問題點。
以上，雖然已經以如上的實施例舉例而詳細說明了本發明的內容，然而本發明並非僅限定於此等實施方式而已。 因此，本案所欲保護的範圍也包括後述的申請專利範圍及其所界定的範圍。
本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可再進行各種的更動與修飾；例如，將前述實施例中所例示的各技術內容加以組合或變更而成為新的實施方式，此等實施方式也當然視為本發明所屬內容。

Claims (10)

  1. 一種量子點太陽能聚光片，其係由至少一光學層、及複數個量子點粒子所構成之可撓式太陽能聚光片(FLSC)，其中該光學層係由包括導光材料、硬化劑所構成，該導光材料與該硬化劑中之至少一者為聚二甲基矽氧烷(PDMS)、聚乙烯醇縮丁醛(PVB)、或聚乙烯醇(PVA)、或者彼等之混合物；該量子點粒子係由銅化銦硫/硫化鋅(CIS/ZnS)所構成；以及在室溫下，該太陽能聚光片具有能夠完全捲曲成圓筒狀之可撓性；並且在製成30mm(L)x 30mm(W)x 5mm(T)之薄片狀FLSC後，將其彎曲對摺直到該FLSC發生裂痕或斷裂以前為止，量測此時因彎曲對摺所形成之最小夾角θ，以它做為該薄片狀FLSC在不發生裂痕或斷裂之可撓曲角度的情況下，所量測到之最小夾角θ(可撓曲角度)為不大於60度。
  2. 如請求項1所記載之可撓式量子點太陽能聚光片，其中光學層為二層時，複數個量子點粒子為分散於其中之至少任一層或兩層。
  3. 如請求項1所記載之可撓式量子點太陽能聚光片，其中光學層為三層時，複數個量子點粒子為分散於其中之至少任一層或以上。
  4. 如請求項1所記載之可撓式量子點太陽能聚光片，其中光學層為三層時，複數個量子點粒子為分散於最中間之一層。
  5. 如請求項1所記載之可撓式量子點太陽能聚光片，其中光學層為三層時，複數個量子點粒子為分散於至少一側之最外層。
  6. 如請求項1所記載之可撓式量子點太陽能聚光片，其中光學層為三層時，複數個量子點粒子為分散於兩側之最外層。
  7. 一種可撓式量子點太陽能聚光片之製備方法，其包括：將導光材料(X)、硬化劑(Y)、及量子點發光材料(Z)均勻攪拌混和後，倒入模組並以真空消除無氣泡，接著於預熱至第一加熱溫度的烘箱中進行烘烤歷第一硬化成形時間後，再持續升溫至第二加熱溫度行烘烤歷第二硬化成形時間後，放置冷卻而得到太陽能聚光片(FLSC)；其中導光材料(X)、硬化劑(Y)之添加比，以重量計，X：Y之比值為在20：3至3：20之範圍；導光材料(X)、量子點發光材料(Z)之添加比，以重量計，X：Z之比值為在10：1至1：10之範圍；硬化劑(Y)、量子點發光材料(Z)之添加比，以重量計，Y：Z之比值為在3：2至2：3之範圍；以及在室溫下，該太陽能聚光片(FLSC)具有能夠完全捲曲成圓筒狀之可撓性。
  8. 如請求項7所記載之可撓式量子點太陽能聚光片之製備方法，其中在該導光材料(X)與硬化劑(Y)中至少有一者為聚二甲基矽氧烷材料(PDMS)、聚乙烯醇縮丁醛(PVB)、或聚乙 烯醇(PVA)、或者彼等之混合物；量子點發光材料係包括以銅化銦硫/硫化鋅量子點(CIS/ZnS)為主之材料。
  9. 如請求項7所記載之量子點太陽能聚光片之製備方法，其中第一加熱溫度為在50至90℃之範圍；第一硬化成形時間為6小時至36小時之範圍。
  10. 如請求項7所記載之可撓式量子點太陽能聚光片之製備方法，其中第二加熱溫度為在80至160℃之範圍；第二硬化成形時間為0.5小時至24小時之範圍。
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