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

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.

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.