本发明涉及一种基于聚甲基丙烯酸甲酯接枝钙钛矿量子点的高透过率发光太阳能集光器及其制备方法,尤其涉及这种光伏器件在光伏集成建筑如光伏窗户、光伏屋顶等领域的应用。
背景技术:
1、目前,能源作为人类最重要的资源,减少不可再生能源的消耗是我们目前面临的重要难题。利用太阳辐射直接发电不仅能解决日益增长的清洁能源需求,同时有利于环境。为推进光伏建筑一体化,发光太阳能集光器便应用而生,发光太阳能集光器的发展是现有光伏系统的重要补充,而高透过率的发光太阳能集光器亟待开发。
2、发光太阳能集光器(lsc)是一种新型的对太阳能进行收集、传输并转换的光电器件,主要由光波导介质、荧光发光材料以及光伏器件三部分组成。发光太阳能集光器的衡量光学效率标准主要取决于所使用的荧光发光材料。目前,lsc根据荧光发光材料分类可分为有机染料lsc、碳点lsc、半导体量子点lsc和钙钛矿量子点lsc。对于lsc的工作原理,其主要是荧光材料吸收入射到其表面的光子后,会发生辐射跃迁重新发射出另一波长的光子,由于光波导材料的折射率一般大于空气,因此荧光材料所产生的大多数荧光会在介质内通过全反射到达侧面,被其侧面耦合的光伏器件所吸收,从而实现光能向电能的转换。与传统光伏电池和聚光型聚光器相比,发光太阳能集光器作为一种新型的光伏器件,具有成本低、易于集成、且其具有的透明性和颜色可调性、可利用散射光等优势,从而可以在窗户和玻璃幕墙进行光伏建筑一体化。
3、迄今为止,应用于太阳能集光器常用的荧光发光材料包括有机染料、半导体量子点、钙钛矿量子点、碳点。其中钙钛矿量子点具有高的光致发光量子产率、发射可以通过改变其卤化物组成来调节、性能高度可调性、低合成成本等优点,然而其固有的抗湿、抗氧、抗光、抗热稳定性较差,且在聚合物波导介质中相容性、分散性差,进而降低lsc的透过率,限制了其在lsc中的应用。因此,对钙钛矿量子点表面进行修饰是提高稳定性和透过率的一种有前途的策略。目前,对钙钛矿量子点进行集成和封装,并在其表面引入稳定的壳层主要有三种材料,一是无机材料(如sio2、zns、tio2);二是mof和cof的多孔框架材料;三是有机和聚合物配体。制备高效的lsc还需使用高折射的聚合物光波导材料,常用的光波导材料有聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯吡咯烷酮、聚苯乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物等。高透明和光波导能力影响着lsc在光伏建筑一体化上的实际应用。在钙钛矿量子点表面引入不同的壳层可以提高其稳定性,然而其嵌入于光波导材料中同样存在相容性差的问题,导致量子产率低、稳定性差、透过率低等缺点,极大地限制了它们在lsc中的应用。
技术实现思路
1、针对上述现有技术存在的问题,本发明提供一种基于聚甲基丙烯酸甲酯接枝钙钛矿量子点的高透过率发光太阳能集光器及其制备方法,其目的在于通过在钙钛矿量子点表面接枝聚甲基丙烯酸甲酯,不仅使钙钛矿量子点更好的分散在光波导介质中,表面接枝的聚合物还对钙钛矿量子点进行了良好保护,使量子点具有表面疏水性以及均匀分散性,提升了量子点在极性溶剂中的稳定性。此外,利用钙钛矿量子点表面接枝的聚甲基丙烯酸甲酯,其分散在聚甲基丙烯酸甲酯作为光波导介质的聚合物中具有良好的相容性,通过该方法合成的钙钛矿量子点用来制备发光太阳能集光器显示出高透明性,同时具有良好稳定的光学性能。
2、为达到上述目的,本发明具体技术方案是,一种基于聚甲基丙烯酸甲酯接枝钙钛矿量子点发光太阳能集光器及其制备方法。
3、制备方法包括以下步骤:
4、(1)聚合物配体的制备:首先,将一定量的2-(十二烷基三硫代碳酸酯基)-2-甲基丙酸、v-501热引发剂、丙烯酸溶解在一定量的乙醇中,然后进行冷冻-解冻循环脱氧,将反应混合物浸入高温油浴中搅拌聚合一定时间,最后收集混合物,在一定温度下干燥一定时间至恒定重量后得到聚合物配体。
5、(2)钙钛矿量子点的制备:首先,合成油胺和亚油酸配体的钙钛矿量子点,将一定量的卤化铯、卤化铅溶解在一定量的二甲基甲酰胺中,搅拌溶解,在混合透明溶液中,加入一定量的共轭亚油酸和油胺,然后将混合溶液加入一定量的甲苯溶液中,剧烈搅拌得到分散在甲苯中的钙钛矿量子点。
6、(3)钙钛矿配体交换:首先,将一定量的钙钛矿量子点、聚合物配体分散在一定量的四氢呋喃中,混合超声搅拌一定时间后,加入一定量的乙醚析出配体交换后钙钛矿量子点,离心收集沉淀分散在四氢呋喃中保存。
7、(4)基于聚甲基丙烯酸甲酯接枝钙钛矿量子点的制备:首先,将配体交换后的钙钛矿量子点、甲基丙烯酸甲酯在四氢呋喃和甲苯的混合溶液中进行溶解分散,混合溶液进行冷冻-解冻循环脱氧,然后在一定波长的蓝灯照射下光照聚合一定时间,在聚合后的产物中加入正己烷沉淀,离心后得到基于聚甲基丙烯酸甲酯接枝的钙钛矿量子点。
8、(5)基于聚甲基丙烯酸甲酯接枝钙钛矿量子点的高透过率发光太阳能集光器的制备:首先将一定量聚甲基丙烯酸甲酯接枝的钙钛矿量子点分散在一定量的甲苯溶液中,然后将量子点溶液和一定质量分数的聚合物甲苯溶液在烧杯中混合,混合搅拌均匀,超声一定时间,取一定量混合溶液滴在玻璃片上,待其自然流延至完全覆盖玻璃片,经一定温度下固化一定时间形成均匀的膜,即得所述的发光太阳能集光器。
9、在上述制备方法中,所述步骤(1)中,v-501热引发剂可以是环偶氮脒类中的一种;
10、在上述制备方法中,所述步骤(1)中,丙烯酸、2-(十二烷基三硫代碳酸酯基)-2-甲基丙酸、v-501热引发剂的摩尔比为50:10:1;
11、在上述制备方法中,所述步骤(1)中,油浴温度为50~70℃;
12、在上述制备方法中,所述步骤(1)中,聚合时间为11~12 h;
13、在上述制备方法中,所述步骤(1)中,干燥温度为50~60℃;
14、在上述制备方法中,所述步骤(1)中,干燥时间为2~3天;
15、在上述制备方法中,所述步骤(2)中,卤化铯、卤化铅摩尔比为1:1;
16、在上述制备方法中,所述步骤(2)中,搅拌溶解时间为30~40 min;
17、在上述制备方法中,所述步骤(2)中,共轭亚油酸和油胺体积比为2:1;
18、在上述制备方法中,所述步骤(3)中,钙钛矿量子点和配体的质量分数比为5:1;
19、在上述制备方法中,所述步骤(3)中,混合超声搅拌时间为50~60 min;
20、在上述制备方法中,所述步骤(4)中,配体交换后的钙钛矿量子点和甲基丙烯酸甲酯的质量比为1:5;
21、在上述制备方法中,所述步骤(4)中,四氢呋喃和甲苯的体积比为7:1;
22、在上述制备方法中,所述步骤(4)中,蓝光波长为410~430 nm;
23、在上述制备方法中,所述步骤(4)中,光聚合时间为3~4 h;
24、在上述制备方法中,所述步骤(5)中,聚甲基丙烯酸甲酯接枝的钙钛矿量子点占混合物成膜后质量比为1~40 wt%;
25、在上述制备方法中,所述步骤(5)中,混合搅拌时间为10~15 min;
26、在上述制备方法中,所述步骤(5)中,超声时间为1~3 min;
27、在上述制备方法中,所述步骤(5)中,钙钛矿甲苯溶液和聚合物甲苯溶液体积比为3:2;
28、在上述制备方法中,所述步骤(5)中,聚合物甲苯溶液中的聚合物质量分数为10~15 wt%;
29、在上述制备方法中,所述步骤(5)中,聚合物为聚甲基丙烯酸甲酯;
30、在上述制备方法中,所述步骤(5)中,滴玻璃片的混合物用量为460~2000 μl;
31、在上述制备方法中,所述步骤(5)中,固化温度为25~50℃。
32、通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比,能够取得下列有益效果:
33、(1)本发明通过聚甲基丙烯酸甲酯接枝钙钛矿量子点,利用聚合物接枝在钙钛矿量子点表面,可以有效的保护钙钛矿量子点,接枝的聚甲基丙烯酸甲酯使钙钛矿量子点拥有了疏水性,增加了钙钛矿量子点的抗溶剂极性稳定性。
34、(2)本发明中钙钛矿量子点的表面接枝了聚合物,光波导介质选用同样的聚合物,钙钛矿量子点可以良好的分散在光波导介质中,解决了发光太阳能集光器中荧光材料在光波导介质中相容性差的问题,避免钙钛矿量子点容易聚集猝灭的问题。
35、(3)跟传统的发光太阳能集光器相比,本发明采用可逆加成断裂链转移光聚合所对钙钛矿量子点表面接枝聚甲基丙烯酸甲酯,光波导介质同样选择高透明的聚甲基丙烯酸甲酯,荧光材料含量可达到40 wt%,所制备的发光太阳能集光器仍具有高透过率,具有很好的应用前景。
36、总而言之,本发明所构思的以上技术方案与现有的技术相比,能够取得制备简单、成本低、稳定性好、光学效率高、高透过率等有益效果,可应用于光伏窗户、光伏屋顶等光伏建筑领域。
37、说明书附图
38、图 1:基于聚甲基丙烯酸甲酯接枝钙钛矿量子点的高透过率发光太阳能集光器的示意图。
39、图 2:聚甲基丙烯酸甲酯接枝钙钛矿量子点tem图。
40、图 3:不同质量分数的聚甲基丙烯酸甲酯接枝钙钛矿量子点的高透过率发光太阳能集光器在自然光(a)和365nm紫外光(b)下的光学图片。
41、图 4:基于聚甲基丙烯酸甲酯接枝钙钛矿量子点的高透过率发光太阳能集光器的透射和发射光谱图。
42、图 5:基于聚甲基丙烯酸甲酯接枝钙钛矿量子点的高透过率发光太阳能集光器的光电曲线图和性能柱状图。
43、具体实施案例
44、下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是,此处所描述的具体实施案例仅用于解释本技术,而非对本技术的限定。
45、实施例1
46、(1)通过可逆加成断裂链转移聚合制备了聚合物配体,具体来说取2-(十二烷基三硫代碳酸酯基)-2-甲基丙酸364.6 mg,取4,4-偶氮双(4-氰基戊酸) 28 mg,取丙烯酸360.3mg,溶于5 ml乙醇于10 ml具支反应管中,密封进行冷冻-解冻循环三次后通入氮气,将混合物浸入70 ℃油浴搅拌聚合12 h后收集产物,在50 ℃下干燥三天至恒定重量得到聚合物配体。
47、(2)通过常温法制备共轭亚油酸和油胺配体的cspbbr3量子点,具体来说称取0.147 g溴化铅,0.085 g溴化铯在20 ml玻璃瓶溶解在10 ml二甲基甲酰胺中,混合搅拌30min至无沉淀,随后在混合溶液中滴加1 ml共轭亚油酸和0.5 ml油胺,搅拌均匀,在20 ml玻璃瓶中加入10 ml甲苯,剧烈搅拌情况下,用移液枪取1 ml混合溶液滴入甲苯溶液中得到分散在甲苯溶液中的共轭亚油酸和油胺配体的cspbbr3量子点。
48、(3)称取200 mg共轭亚油酸和油胺配体的cspbbr3量子点,40 mg聚合物配体溶解在2 ml四氢呋喃中,将混合溶液超声20 min,随后搅拌反应30 min,在混合溶液中加入40ml乙醚析出cspbbr3量子点,用离心机12000 rpm离心10 min,收集沉淀分散在1.75 ml四氢呋喃中,得到分散在四氢呋喃中配体交换后的cspbbr3量子点。
49、(4)通过可逆加成断裂链转移光聚合制备基于聚甲基丙烯酸甲酯接枝的cspbbr3量子点,具体来说将59 mg配体交换后的cspbbr3量子点,0.294 ml甲基丙烯酸甲酯,1.75ml四氢呋喃和0.25 ml甲苯置于10 ml具支反应管中,进行3次冷冻-解冻循环脱氧,最后通入氮气,将混合溶液在420 nm波长蓝灯照射下进行磁搅拌聚合3 h,将产物分散于30 ml正己烷中沉淀,用离心机9500 rpm离心10 min,取沉淀自然烘干得到基于聚甲基丙烯酸甲酯接枝的cspbbr3量子点,如图2所示。
50、(5)称取3 mg聚甲基丙烯酸甲酯接枝的cspbbr3量子点与300 μl甲苯混合搅拌分散在5 ml烧杯中,然后在烧杯中加入200 μl聚合物溶液,聚合物溶液为10 wt%聚甲基丙烯酸甲酯的甲苯溶液,将混合溶液在室温下搅拌10 min后再超声1 min,然后用移液枪吸取500 μl混合溶液滴在2.5×2.5×0.2 cm3的玻璃基板上,自然流动铺满整个玻璃片后,于室温条件下固化3小时即制成基于聚甲基丙烯酸甲酯接枝cspbbr3量子点的高透过率发光太阳能集光器,聚甲基丙烯酸甲酯接枝的cspbbr3量子点于聚合物膜中的质量比为14 wt%。基于聚甲基丙烯酸甲酯接枝钙钛矿量子点的高透过率发光太阳能集光器的示意图如图1所示,聚甲基丙烯酸甲酯接枝钙钛矿量子点的微观结构如图2所示,聚甲基丙烯酸甲酯接枝钙钛矿量子点的高透过率发光太阳能集光器的光学照片如图3(a,b)所示,聚甲基丙烯酸甲酯接枝钙钛矿量子点的高透过率发光太阳能集光器的光学性质如图4(a,b)所示,其波长在500~800 nm的透过率超过76%,聚甲基丙烯酸甲酯接枝钙钛矿量子点的高透过率发光太阳能集光器的光学效率如图5(a,b)所示,聚甲基丙烯酸甲酯接枝的cspbbr3量子点于聚合物膜中的质量比为14 wt%的发光太阳能集光器的外部光学效率具体为2.26%。
51、实施例2
52、(1)通过可逆加成断裂链转移聚合制备了聚合物配体,具体来说取2-(十二烷基三硫代碳酸酯基)-2-甲基丙酸364.6 mg,取4,4-偶氮双(4-氰基戊酸) 28 mg,取丙烯酸360.3mg,溶于5 ml乙醇于10 ml具支反应管中,密封进行冷冻-解冻循环三次后通入氮气,将混合物浸入70 ℃油浴搅拌聚合12 h后收集产物,在50 ℃下干燥三天至恒定重量得到聚合物配体。
53、(2)通过常温法制备共轭亚油酸和油胺配体的cspbbr3量子点,具体来说称取0.147 g溴化铅,0.085 g溴化铯在20 ml玻璃瓶溶解在10 ml二甲基甲酰胺中,混合搅拌30min至无沉淀,随后在混合溶液中滴加1 ml共轭亚油酸和0.5 ml油胺,搅拌均匀,在20 ml玻璃瓶中加入10 ml甲苯,剧烈搅拌情况下,用移液枪取1 ml混合溶液滴入甲苯溶液中得到分散在甲苯溶液中的共轭亚油酸和油胺配体的cspbbr3量子点。
54、(3)称取200 mg共轭亚油酸和油胺配体的cspbbr3量子点,40 mg聚合物配体溶解在2 ml四氢呋喃中,将混合溶液超声20 min,随后搅拌反应30 min,在混合溶液中加入40ml乙醚析出cspbbr3量子点,用离心机12000 rpm离心10 min,收集沉淀分散在1.75 ml四氢呋喃中,得到分散在四氢呋喃中配体交换后的cspbbr3量子点。
55、(4)通过可逆加成断裂链转移光聚合制备了基于聚甲基丙烯酸甲酯接枝的cspbbr3量子点,具体来说将59 mg配体交换后的cspbbr3量子点,0.294 ml甲基丙烯酸甲酯,1.75 ml四氢呋喃和0.25 ml甲苯置于10 ml具支反应管中,进行3次冷冻-解冻循环脱氧,最后通入氮气,将混合溶液在420 nm波长蓝灯照射下进行磁搅拌聚合3 h,将产物分散于30ml正己烷中沉淀,用离心机9500 rpm离心10 min,取沉淀自然烘干得到基于聚甲基丙烯酸甲酯接枝的cspbbr3量子点,如图2所示。
56、(5)称取6 mg聚甲基丙烯酸甲酯接枝的cspbbr3量子点与300 μl甲苯混合搅拌溶解在5 ml烧杯中,然后在烧杯中加入200 μl聚合物溶液,聚合物溶液为10 wt%聚甲基丙烯酸甲酯的甲苯溶液,将混合溶液在室温下搅拌10 min后再超声1 min,然后用移液枪吸取500 μl混合溶液滴在2.5×2.5×0.2 cm的玻璃基板上,自然流动铺满整个玻璃片后,于室温条件下固化3小时即制成基于聚甲基丙烯酸甲酯接枝cspbbr3量子点的高透过率发光太阳能集光器,聚甲基丙烯酸甲酯接枝的cspbbr3量子点于聚合物膜中的质量比为24.5 wt%。基于聚甲基丙烯酸甲酯接枝钙钛矿量子点的高透过率发光太阳能集光器的示意图如图1所示,聚甲基丙烯酸甲酯接枝钙钛矿量子点的微观结构如图2所示,聚甲基丙烯酸甲酯接枝钙钛矿量子点的高透过率发光太阳能集光器的光学照片如图3(a,b)所示,聚甲基丙烯酸甲酯接枝钙钛矿量子点的高透过率发光太阳能集光器的光学性质如图4(a,b)所示,其波长在500~800 nm的透过率超过69%,聚甲基丙烯酸甲酯接枝钙钛矿量子点的高透过率发光太阳能集光器的光学效率如图5(a,b)所示,聚甲基丙烯酸甲酯接枝的cspbbr3量子点于聚合物膜中的质量比为24.5 wt%的发光太阳能集光器的外部光学效率具体为2.71%。
57、实施例3
58、(1)通过可逆加成断裂链转移聚合制备了聚合物配体,具体来说取2-(十二烷基三硫代碳酸酯基)-2-甲基丙酸364.6 mg,取4,4-偶氮双(4-氰基戊酸) 28 mg,取丙烯酸360.3mg,溶于5 ml乙醇于10 ml具支反应管中,密封进行冷冻-解冻循环三次后通入氮气,将混合物浸入70 ℃油浴搅拌聚合12 h后收集产物,在50 ℃下干燥三天至恒定重量得到聚合物配体。
59、(2)通过常温法制备共轭亚油酸和油胺配体的cspbbr3量子点,具体来说称取0.147 g溴化铅,0.085 g溴化铯在20 ml玻璃瓶溶解在10 ml二甲基甲酰胺中,混合搅拌30min至无沉淀,随后在混合溶液中滴加1 ml共轭亚油酸和0.5 ml油胺,搅拌均匀,在20 ml玻璃瓶中加入10 ml甲苯,剧烈搅拌情况下,用移液枪取1 ml混合溶液滴入甲苯溶液中得到分散在甲苯溶液中的共轭亚油酸和油胺配体的cspbbr3量子点。
60、(3)称取200 mg共轭亚油酸和油胺配体的cspbbr3量子点,40 mg聚合物配体溶解在2 ml四氢呋喃中,将混合溶液超声20 min,随后搅拌反应30 min,在混合溶液中加入40ml乙醚析出cspbbr3量子点,用离心机12000 rpm离心10 min,收集沉淀分散在1.75 ml四氢呋喃中,得到分散在四氢呋喃中配体交换后的cspbbr3量子点。
61、(4)通过可逆加成断裂链转移光聚合制备了基于聚甲基丙烯酸甲酯接枝的cspbbr3量子点,具体来说将59 mg配体交换后的cspbbr3量子点,0.294 ml甲基丙烯酸甲酯,1.75 ml四氢呋喃和0.25 ml甲苯置于10 ml具支反应管中,进行3次冷冻-解冻循环脱氧,最后通入氮气,将混合溶液在420 nm波长蓝灯照射下进行磁搅拌聚合3 h,将产物分散于30ml正己烷中沉淀,用离心机9500 rpm离心10 min,取沉淀自然烘干得到基于聚甲基丙烯酸甲酯接枝的cspbbr3量子点,如图2所示。
62、(5)称取12 mg聚甲基丙烯酸甲酯接枝的cspbbr3量子点与300 μl甲苯混合搅拌溶解在5 ml烧杯中,然后在烧杯中加入200 μl聚合物溶液,聚合物溶液为10 wt%聚甲基丙烯酸甲酯的甲苯溶液,将混合溶液在室温下搅拌10 min后再超声1 min,然后用移液枪吸取500 μl混合溶液滴在2.5×2.5×0.2 cm的玻璃基板上,自然流动铺满整个玻璃片后,于室温条件下固化3小时即制成基于聚甲基丙烯酸甲酯接枝cspbbr3量子点的高透过率发光太阳能集光器,聚甲基丙烯酸甲酯接枝的cspbbr3量子点于聚合物膜中的质量比为39.3 wt%。基于聚甲基丙烯酸甲酯接枝钙钛矿量子点的高透过率发光太阳能集光器的示意图如图1所示,聚甲基丙烯酸甲酯接枝钙钛矿量子点的微观结构如图2所示,聚甲基丙烯酸甲酯接枝钙钛矿量子点的高透过率发光太阳能集光器的光学照片如图3(a,b)所示,聚甲基丙烯酸甲酯接枝钙钛矿量子点的高透过率发光太阳能集光器的光学性质如图4(a,b)所示,其波长在500~800nm的透过率超过44%,聚甲基丙烯酸甲酯接枝钙钛矿量子点的高透过率发光太阳能集光器的光学效率如图5(a,b)所示,聚甲基丙烯酸甲酯接枝的cspbbr3量子点于聚合物膜中的质量比为39.3 wt%的发光太阳能集光器的外部光学效率具体为3.50%。
63、实施例4
64、(1)通过可逆加成断裂链转移聚合制备了聚合物配体,具体来说取2-(十二烷基三硫代碳酸酯基)-2-甲基丙酸364.6 mg,取4,4-偶氮双(4-氰基戊酸) 28 mg,取丙烯酸360.3mg,溶于5 ml乙醇于10 ml具支反应管中,密封进行冷冻-解冻循环三次后通入氮气,将混合物浸入70 ℃油浴搅拌聚合12 h后收集产物,在50 ℃下干燥三天至恒定重量得到聚合物配体。
65、(2)通过常温法制备共轭亚油酸和油胺配体的cspbcl3量子点,具体来说称取0.111 g氯化铅,0.067 g氯化铯在20 ml玻璃瓶溶解在10 ml二甲基甲酰胺中,混合搅拌30min至无沉淀,随后在混合溶液中滴加1 ml共轭亚油酸和0.5 ml油胺,搅拌均匀,在20 ml玻璃瓶中加入10 ml甲苯,剧烈搅拌情况下,用移液枪取1 ml混合溶液滴入甲苯溶液中得到分散在甲苯溶液中的共轭亚油酸和油胺配体的cspbcl3量子点。
66、(3)称取200 mg共轭亚油酸和油胺配体的cspbcl3量子点,40 mg聚合物配体溶解在2 ml四氢呋喃中,将混合溶液超声20 min,随后搅拌反应30 min,在混合溶液中加入40ml乙醚析出cspbcl3量子点,用离心机12000 rpm离心10 min,收集沉淀分散在1.75 ml四氢呋喃中,得到分散在四氢呋喃中配体交换后的cspbcl3量子点。
67、(4)通过可逆加成断裂链转移光聚合制备了基于聚甲基丙烯酸甲酯接枝的cspbcl3量子点,具体来说将59 mg配体交换后的cspbcl3量子点,0.294 ml甲基丙烯酸甲酯,1.75 ml四氢呋喃和0.25 ml甲苯置于10 ml具支反应管中,进行3次冷冻-解冻循环脱氧,最后通入氮气,将混合溶液在420 nm波长蓝灯照射下进行磁搅拌聚合3 h,将产物分散于30ml正己烷中沉淀,用离心机9500 rpm离心10 min,取沉淀自然烘干得到基于聚甲基丙烯酸甲酯接枝的cspbcl3量子点。
68、(5)称取10 mg聚甲基丙烯酸甲酯接枝的cspbcl3量子点与300 μl甲苯混合搅拌溶解在5 ml烧杯中,然后在烧杯中加入200 μl聚合物溶液,聚合物溶液为10 wt%聚甲基丙烯酸甲酯的甲苯溶液,将混合溶液在室温下搅拌10 min后再超声1 min,然后用移液枪吸取500 μl混合溶液滴在2.5×2.5×0.2 cm的玻璃基板上,自然流动铺满整个玻璃片后,于室温条件下固化3小时即制成基于聚甲基丙烯酸甲酯接枝cspbcl3量子点的高透过率发光太阳能集光器,聚甲基丙烯酸甲酯接枝的cspbcl3量子点于聚合物膜中的质量比为35.1 wt%。
69、实施例5
70、(1)通过可逆加成断裂链转移聚合制备了聚合物配体,具体来说取2-(十二烷基三硫代碳酸酯基)-2-甲基丙酸364.6 mg,取4,4-偶氮双(4-氰基戊酸) 28 mg,取丙烯酸360.3mg,溶于5 ml乙醇于10 ml具支反应管中,密封进行冷冻-解冻循环三次后通入氮气,将混合物浸入70 ℃油浴搅拌聚合12 h后收集产物,在50 ℃下干燥三天至恒定重量得到聚合物配体。
71、(2)通过常温法制备共轭亚油酸和油胺配体的cspbi3量子点,具体来说称取0.184g碘化铅,0.104 g碘化铯在20 ml玻璃瓶溶解在10 ml二甲基甲酰胺中,混合搅拌30 min至无沉淀,随后在混合溶液中滴加1 ml共轭亚油酸和0.5 ml油胺,搅拌均匀,在20 ml玻璃瓶中加入10 ml甲苯,剧烈搅拌情况下,用移液枪取1 ml混合溶液滴入甲苯溶液中得到分散在甲苯溶液中的共轭亚油酸和油胺配体的cspbi3量子点。
72、(3)称取200 mg共轭亚油酸和油胺配体的cspbi3量子点,40 mg聚合物配体溶解在2 ml四氢呋喃中,将混合溶液超声20 min,随后搅拌反应30 min,在混合溶液中加入40 ml乙醚析出cspbi3量子点,用离心机12000 rpm离心10 min,收集沉淀分散在1.75 ml四氢呋喃中,得到分散在四氢呋喃中配体交换后的cspbi3量子点。
73、(4)通过可逆加成断裂链转移光聚合制备了基于聚甲基丙烯酸甲酯接枝的cspbi3量子点,具体来说将59 mg配体交换后的cspbi3量子点,0.294 ml甲基丙烯酸甲酯,1.75 ml四氢呋喃和0.25 ml甲苯置于10 ml具支反应管中,进行3次冷冻-解冻循环脱氧,最后通入氮气,将混合溶液在420 nm波长蓝灯照射下进行磁搅拌聚合3 h,将产物分散于30 ml正己烷中沉淀,用离心机9500 rpm离心10 min,取沉淀自然烘干得到基于聚甲基丙烯酸甲酯接枝的cspbi3量子点。
74、(5)称取12 mg聚甲基丙烯酸甲酯接枝的cspbi3量子点与300 μl甲苯混合搅拌溶解在5 ml烧杯中,然后在烧杯中加入200 μl聚合物溶液,聚合物溶液为10 wt%聚甲基丙烯酸甲酯的甲苯溶液,将混合溶液在室温下搅拌10 min后再超声1 min,然后用移液枪吸取500 μl混合溶液滴在2.5×2.5×0.2 cm的玻璃基板上,自然流动铺满整个玻璃片后,于室温条件下固化3小时即制成基于聚甲基丙烯酸甲酯接枝cspbi3量子点的高透过率发光太阳能集光器,聚甲基丙烯酸甲酯接枝的cspbi3量子点于聚合物膜中的质量比为39.3 wt%。
1.本发明提供了一种基于聚甲基丙烯酸甲酯接枝钙钛矿量子点的发光太阳能集光器,其特征在于:采用聚甲基丙烯酸甲酯接枝的钙钛矿量子点作为荧光材料,采用聚甲基丙烯酸甲酯作为光波导材料,其结构特征为单层结构,即由包含上述荧光材料的聚甲基丙烯酸甲酯波导层和玻璃基板组成。
2.本发明提供了一种基于聚甲基丙烯酸甲酯接枝钙钛矿量子点的发光太阳能集光器制备方法,包括以下步骤:(1)聚甲基丙烯酸甲酯接枝钙钛矿量子点的制备:将一定量的2-(十二烷基三硫代碳酸酯基)-2-甲基丙酸、v-501热引发剂、丙烯酸溶解在一定量的乙醇中,先进行冷冻-解冻循环脱氧,然后浸入油浴中搅拌聚合一定时间,收集混合物干燥至恒定重量后得到聚合物配体;将一定量的卤化铯、卤化铅溶解在一定量的二甲基甲酰胺中,搅拌溶解后加入一定量的共轭亚油酸和油胺,然后将混合溶液加入一定量的甲苯溶液中,剧烈搅拌得到分散在甲苯中的钙钛矿量子点;将一定量的钙钛矿量子点、聚合物配体分散在一定量的四氢呋喃中,混合超声搅拌一定时间后,加入一定量的乙醚析出配体交换后钙钛矿量子点;将配体交换后的钙钛矿量子点、甲基丙烯酸甲酯,加入四氢呋喃和甲苯的混合溶液进行溶解,将混合溶液进行冷冻-解冻循环脱氧,然后在一定波长的蓝灯照射下光照聚合一定时间,将聚合后的产物加入正己烷沉淀,离心后得到基于聚甲基丙烯酸甲酯接枝的钙钛矿量子点;所述油浴温度为50~70℃,聚合时间为11~12 h;所述卤化铯可以是氯化铯,溴化铯,碘化铯中的一种或多种;所述卤化铅可以是氯化铅,溴化铅,碘化铅中的一种或多种;所述钙钛矿量子点和配体的质量分数比为5:1;所述混合超声搅拌时间为50~60 min;所述配体交换后的钙钛矿量子点和甲基丙烯酸甲酯的质量比为1:5;所述光聚合时间为3~4 h;(2)基于聚甲基丙烯酸甲酯接枝钙钛矿量子点的发光太阳能集光器的制备:首先将一定量的聚甲基丙烯酸甲酯接枝钙钛矿量子点与聚甲基丙烯酸甲酯的甲苯溶液混合,再搅拌均匀并超声除去气泡;随后将一定量的上述混合溶液涂覆在玻璃基板上,待其自然流延至完全覆盖玻璃基板,在一定固化温度下固化,待完全固化即得基于聚甲基丙烯酸甲酯接枝钙钛矿量子点的发光太阳能集光器;所述聚甲基丙烯酸甲酯的甲苯溶液中的聚合物质量分数为10~15 wt%,所述聚甲基丙烯酸甲酯接枝钙钛矿量子点于聚甲基丙烯酸甲酯中的质量分数为14~40 wt%;所述固化温度为25~50℃。
