近日，中國科學院大連化學物理研究所光電材料動力學特區研究組研究員吳凱豐團隊基于稀土金屬鐿摻雜的納米晶材料，首次提出“量子裁剪太陽能聚光板”概念，并基于該概念，制備了高效率太陽能聚光板原型器件。相關成果發表在《納米快報》（Nano Letters）上。

　　熒光型太陽能聚光板（Luminescent Solar Concentrators; LSCs）是一種結構相對簡單的大面積太陽能捕獲裝置，它由發光團通過涂覆或鑲嵌于透明基底（如玻璃板等）構成。發光團在吸收入射到板上的太陽光子之后發出光子，由于基底和空氣折射率的差別，大約75%的光子會進入全反射模式進而被波導到板的邊緣，用于激發貼在邊緣處的太陽能電池。如果聚光效率足夠高，一塊LSC加上邊緣處的少量太陽能電池在功能上等同于一整塊大面積的太陽能電池，這將大大降低光伏產能的成本。此外，半透明的LSCs可直接集成到建筑物的窗戶玻璃里面成為太陽能窗戶，從而將現在的耗能型建筑物轉變為在能量上自給自足的產能單元。

　　傳統的LSCs受限于發光團較低的熒光效率（通常小于80%），以及自吸收損失，導致器件內部光學效率一般小于60%。量子裁剪（quantum cutting）是一種新奇的光學現象，基于該效應的材料可吸收一個高能光子，同時釋放兩個低能光子，滿足能量守恒的基本物理規律。吳凱豐研究團隊提出，基于量子裁剪效應的LSCs理論上可實現倍增的熒光量子效率（200%），同時完全抑制自吸收損失，因此，內部光學效率可重新定義一個新的理論極限為150%。研究團隊合成了稀土金屬鐿摻雜的CsPbCl3納米晶，發現其熒光效率高達164%，表現出典型的量子剪裁特征。動力學測試表明高效的量子剪裁過程發生于皮秒級別。采用此類納米晶制備出原型的量子裁剪LSCs，實現了約120%的器件內部光學效率。可預期的是，通過進一步優化器件和提高太陽光吸收能力，可在大面積LSCs中突破10%的外部光學效率。

　　該工作得到中科院戰略先導項目、國家自然科學基金、大連市科創基金項目等資助。