基于PbSe量子點(diǎn)熒光集光器的太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與仿真研究

【摘要】：近年來(lái)，隨著能源問(wèn)題及其所造成的環(huán)境問(wèn)題的日益突出，人們開(kāi)始致力于尋找一種新型的可再生清潔能源。其中太陽(yáng)能作為一種儲(chǔ)量豐富，取之不盡的清潔綠色能源，開(kāi)始引起了很多人的重視。在太陽(yáng)能的利用中，太陽(yáng)能發(fā)電是近些年研究和發(fā)展的熱點(diǎn)。但由于現(xiàn)在所使用的光電轉(zhuǎn)換材料的光電轉(zhuǎn)換效率比較低，使其與傳統(tǒng)石化能源相比，成本過(guò)高，缺乏競(jìng)爭(zhēng)力。所以阻礙了太陽(yáng)能發(fā)電的進(jìn)一步利用和推廣。因此，開(kāi)發(fā)高光電轉(zhuǎn)換效率的新型材料，利用新技術(shù)降低太陽(yáng)能發(fā)電的成本、提高太陽(yáng)能發(fā)電的性?xún)r(jià)比是推廣利用太陽(yáng)能的重要研究方向。 目前的研究和發(fā)展趨勢(shì)表明，量子點(diǎn)材料由于其特有的量子尺寸效應(yīng)和介電限域效應(yīng)等，可以產(chǎn)生多激子，降低光生熱載流損耗和有廣域的吸收光譜等性質(zhì)，使光電轉(zhuǎn)換效率可以得到大幅提升，因此如果可以掌握所需量子點(diǎn)的合成與性質(zhì)研究，就可以是現(xiàn)有的太陽(yáng)能利用的成本得到降低。本文首先論述了現(xiàn)在太陽(yáng)能發(fā)電的發(fā)展?fàn)顩r，并提出了量子點(diǎn)材料太陽(yáng)能發(fā)電集光器的概念，分析了量子點(diǎn)的性質(zhì)與研究發(fā)展情況，并提出了PbSe量子點(diǎn)在太陽(yáng)能發(fā)電利用上的優(yōu)勢(shì)。最后采用William Yu的方法合成了不同尺寸的PbSe量子點(diǎn)，并測(cè)量了其吸收和光致發(fā)光光譜。用2.8nm尺寸的PbSe量子點(diǎn)作為太陽(yáng)能熒光集光器的集光介質(zhì)，利用一種簡(jiǎn)單、便捷的Monte Carlo模擬方法，成功模擬了基于PbSe量子點(diǎn)的太陽(yáng)能熒光集光太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)。并得出了各種優(yōu)化的參數(shù)特性，如采用的量子點(diǎn)的濃度，熒光集光器件的幾何參數(shù)，并對(duì)此系統(tǒng)的光學(xué)效率進(jìn)行了模擬，得出光學(xué)效率可以達(dá)到35.5%。又簡(jiǎn)單介紹了太陽(yáng)能追蹤控制裝置，因?yàn)椴捎锰?yáng)能智能跟蹤控制裝置，可以使集光面始終正對(duì)太陽(yáng)照射方向，提高光能利用率，而且控制裝置擁有自動(dòng)保護(hù)程序，可以在大風(fēng)等惡劣天氣中，根據(jù)程序自動(dòng)將集光組件收平，防止被大風(fēng)損壞。最后介紹了太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)的兩種利用方式，并根據(jù)本文設(shè)計(jì)計(jì)算了本文太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)成本對(duì)比，計(jì)算表明利用本文的PbSe量子點(diǎn)的太陽(yáng)能發(fā)電成本可以降低21.79%。 【關(guān)鍵詞】：PbSe量子點(diǎn) 熒光集光器 Monte Carlo模擬 太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類(lèi)號(hào)】：TM615;TK513
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-7
• 目錄7-10
• 第一章 緒論10-17
• 1.1 半導(dǎo)體量子點(diǎn)概述10-11
• 1.2 量子點(diǎn)半導(dǎo)體在太陽(yáng)能電池中的應(yīng)用方式11-13
• 1.2.1 量子點(diǎn)太陽(yáng)能電池11-12
• 1.2.2 量子點(diǎn)熒光集光器件12-13
• 1.3 太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀13-16
• 1.3.1 太陽(yáng)能利用的優(yōu)勢(shì)13-15
• 1.3.2 國(guó)內(nèi)外太陽(yáng)能發(fā)電現(xiàn)狀15
• 1.3.3 太陽(yáng)能電池的發(fā)展方向15-16
• 1.4 本課題研究的主要內(nèi)容與意義16-17
• 第二章 PbSe 量子點(diǎn)的合成、表征及特性分析17-30
• 2.1 納米材料的性質(zhì)17-18
• 2.2 半導(dǎo)體量子點(diǎn)的研究分析18-20
• 2.2.1 半導(dǎo)體量子點(diǎn)研究18-19
• 2.2.2 Pb 族量子點(diǎn)的特性19-20
• 2.3 PbSe 量子點(diǎn)的合成20-23
• 2.3.1 PbSe 的發(fā)展概述20-21
• 2.3.2 PbSe 的合成設(shè)備及環(huán)境要求21-22
• 2.3.3 合成 PbSe 量子點(diǎn)的原料22
• 2.3.4 合成過(guò)程22-23
• 2.4 PbSe 量子點(diǎn)的表征23-25
• 2.4.1 TEM 分析23-24
• 2.4.2 XRD 分析24-25
• 2.4.3 Abs 光譜與 PL 光譜25
• 2.5 PbSe 量子點(diǎn)的能級(jí)結(jié)構(gòu)分析25-30
• 2.5.1 量子點(diǎn)能級(jí)理論研究25-27
• 2.5.2 量子點(diǎn)能級(jí)理論27-30
• 第三章 基于 PbSe 量子點(diǎn)的太陽(yáng)能熒光聚集器30-43
• 3.1 太陽(yáng)能熒光聚集器簡(jiǎn)介30-32
• 3.2 光的受激輻射基本概念32-33
• 3.3 LSC 的重要理論參數(shù)33-35
• 3.4 基于 PbSe 量子點(diǎn)的 Monte Carlo 模擬35-42
• 3.4.1 建模36-39
• 3.4.2 PbSe 量子點(diǎn) LSC 的 Monte Carlo 模擬結(jié)果39-42
• 3.5 本章小結(jié)42-43
• 第四章 太陽(yáng)跟蹤控制系統(tǒng)43-49
• 4.1 太陽(yáng)能自動(dòng)跟蹤方式43-45
• 4.1.1 光電跟蹤43-45
• 4.1.2 視日軌跡跟蹤45
• 4.1.3 光電跟蹤與視日軌跡跟蹤相結(jié)合45
• 4.2 二軸伺服機(jī)構(gòu)及其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)45-47
• 4.3 跟蹤控制器47-49
• 第五章 太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)49-53
• 5.1 太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介49-51
• 5.2 太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)51-53
• 第六章 結(jié)論與展望53-55
• 6.1 本文總結(jié)53
• 6.2 研究展望53-55
• 參考文獻(xiàn)55-61
• 在學(xué)期間取得的科研成果61-62
• 致謝62

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