Polymer luminescent concentrators containing oxide nanocrystals doped with rare-earth elements matched to an edge-illuminated silicon solar cell

• Autorzy: Sarnecki J. , Gawlik G. , Lipińska L. , Jeremiasz O.

Warianty tytułu

EN

Luminescencyjne koncentratory polimerowe zawierające nanokryształy tlenkowe domieszkowane wybranymi jonami ziem rzadkich dopasowane widmowo do krzemowych ogniw słonecznych oświetlanych krawędziowo

• Języki publikacji: PL EN

Abstrakty

PL

Opracowano technologię luminescencyjnego koncentratora słonecznego (LSC) mogącego współpracować z nowego typu epitaksjalnymi ogniwami słonecznymi oświetlanymi krawędziowo (EISC). Przedstawiono zasadę działania i omówiono specyficzne cechy krzemowych ogniw typu EISC. Wskazano na potencjalne zastosowania w technologii LSC kompozytów aktywnych wytworzonych z wykorzystaniem nanokryształów luminescencyjnych wprowadzonych w matrycę polimerową (PMMA). Zsyntetyzowano przezroczysty kompozyt w wyniku wprowadzenia w matrycę z polimetakrylanu metylu (PMMA) nanokryształów granatu itrowo - glinowego Y₃Al₅O₁₂ (YAG), granatu gadolinowo – galowego Gd₃Ga₅O₁₂ (GGG) jak również tlenku itru Y₂O₃ (YO) domieszkowanych jonami Nd i Yb. Przedstawiono wyniki badań własności spektroskopowych nanokryształów otrzymanych zmodyfikowaną metodą zol-żel. Wyniki badań wytworzonych kompozytów polimerowych zawierających aktywne nanokryształy tlenkowe wskazują na możliwość ich zastosowania w luminescencyjnych koncentratorach słonecznych charakteryzujących się widmem fotoluminescencji dopasowanym do maksymalnej czułości widmowej krzemowego ogniwa krawędziowego.

EN

Luminescent Solar Concentrators (LSCs) suitable to work in conjunction with a new type of a silicon epitaxial edge-illuminated solar cell (EISC) are developed, and the operating principle of epitaxial EISCs and their specific properties are explained and discussed. The potential application of active composite materials based on luminescent nanocrystals dispersed in a polymer matrix (PMMA) in the LSCs technology is shown. The results of the synthesis of the transparent material by the incorporation of the clusters of co-doped Nd and Yb yttrium aluminum garnet Y₃Al₅O₁₂ (YAG), gadolinium gallium garnet Gd₃Ga₅O₁₂ (GGG) and yttrium oxide Y₂O₃ (YO) nanocrystals into the polymethyl methacrylate (PMMA) polymer matrix and the characterization of the synthesized materials by spectroscopic and emission dynamic studies are presented. The analyzed nanocrystals of YAG, GGG and YO compounds were prepared by the modified sol-gel method. The results indicate that the investigated materials, i.e. polymers with rare-earth containing oxide nanocrystals, can be useful for LSCs matched to the maximum sensitivity of a silicon EISC.

Słowa kluczowe

PL

LSC; nanokryształ; centrum luminescencyjne; EISC

EN

LSC; nanocrystal; luminescent center; EISC

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz - Instytut Technologii Materiałów Elektronicznych
• Czasopismo: Materiały Elektroniczne
• Rocznik: 2015
• Tom: T. 43, nr 4
• Strony: 10--17
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz., rys.

Twórcy

autor

Sarnecki J.

• Institute of Electronic Materials Technology, 133 Wolczynska Str., 01-919 Warsaw, POLAND

autor

Gawlik G.

• Institute of Electronic Materials Technology, 133 Wolczynska Str., 01-919 Warsaw, POLAND

autor

Lipińska L.

• Institute of Electronic Materials Technology, 133 Wolczynska Str., 01-919 Warsaw, POLAND

autor

Jeremiasz O.

• ABRAXAS, 27 Piaskowa Str., 44-300 Wodzisław Śląski, POLAND

Bibliografia

• [1] Weber W. H., Lambe J.: Luminescent greenhouse collector for solar radiation, Appl Opt., 1976, 15, 2299 - 2300
• [2] Hermann A. M.: Luminescent solar concentrators - A review, Sol. Ener. 1982, 29, 323 - 329
• [3] Tanaka N., Barashkov N., Heath J., Sisk W. N.: Photodegradation of polymer-dispersed perylene di-imide dyes, Applied Optics, 2006, 45, 3846 - 3851
• [4] Kinderman R.; Slooff L. H.; Burgers A. R.; Bakker , N. J., Büchtemann A., Danz R., van Roosmalen J. A. M.: I-V performance and stability study of dyes for luminescent plate concentrators, Journal of Solar Energy Engineering, 2007, 129, 277 - 282
• [5] Rowan B. C., Wilson L. R., and Richards B. S.: Advanced material concepts for luminescent solar concentrators, IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics, 14, 2008, 1312 - 1322
• [6] Pang L., Shen Y., Tetz K., Fainman Y.: Photosensitive quantum dot composites and their applications in optical structures, Opt. Exp., 2005, 13, 44 - 49
• [7] van der Ende B. M., Aarts L., Meijerink A.: Lanthanide ions as spectral converters for solar cells, Phys. Chem. 2009, 11, 11081 - 95
• [8] Bünzli J. C., Eliseeva S. V.: Lanthanide NIR luminescence for telecommunications, bioanalyses and solar energy conversion, J. Rare Ear. 2010, 28, 824 - 842
• [9] Hu C., Carney J. K., Frank R. I., New analysis of a high-voltage vertical multijunction solar cell, J. App. Phys. 1977, 48, 442 - 444
• [10] Goradia C., Sater B. L.: A first order theory of the p+-n-n+ edge-illuminated silicon solar cell at very high injection levels, IEEE Trans. on Electron Devices, 1977, ED - 24, 342 - 351
• [11] Sarnecki, J., Gawlik G. et al.: Concept of epitaxial silicon structures for edge illuminated solar cells, Opt. El. Rev. 2011, 19, 486 - 490
• [12] Huang X. Y., Zhang, Q. Y. J.: Near-infrared quantum cutting via cooperative energy transfer in Gd2O3:Bi3+, Yb3+, Gd2O3:Bi3+,Yb3+ phosphors, Appl. Phys, 2010, 107 063505-063505-4
• [13] Ryba-Romanowski W., Lipińska L., Lisiecki R., Rzepka A., Pajączkowska A.: Optical study of rare earth-doped Gd3Ga5O12 nanocrystals obtained by a modified sol-gel method, J. Nanos. and Nanot, 2009, 9, 3020 - 3024.
• [14] Walsh B. M., McMahon J. M., et al.: Spectroscopic characterization of Nd:Y2O3: application toward a differential absorption lidar system for remote sensing of ozone, J. Opt. Soc. Amer. B, 2002, 19, 2893 - 2903
• [15] Shirakawa A., Takaichi K., Yagi H., Bisson J. - F., Lu J., Musha M., Ueda K., Yanagitani T., Petrov T. S., Kaminskii A. A.: Diode-pumped mode-locked Yb3+:Y2O3 ceramic laser, Opt. Express, 2003, 11, 2911 - 2916
• [16] Kozłowska A., Nakielska M., Sarnecki J., Lipińska L., Jeremiasz O., Podniesiński D., Maląg A.: Spectroscopic investigations of rare-earth materials for luminescent solar concentrators, Opt. Appl., 2011, 41, 359 - 365
• [17] Wei D., Dave R. N., Pfeffer R.: Mixing and characterization of nanosizedpowders: an assessment of different techniques, J. Nanopart Res. 2002, 4:21- 41