近日，我院研究团队联合米兰理工大学、威尼斯大学、中国科学技术大学等国内外科研机构，在发光太阳能聚光器（LSC）领域取得突破性进展。研究团队首次从理论上提出方向性发射对LSC效率的双重提升机制，并原创性开发出“电场定向-光聚合”技术，成功制备出功率转换效率（PCE）达4.92%且光利用效率达2.39%的方向性发射量子棒LSC器件。研究成果以“Directionally Emissive Luminescent Solar Concentrators Enabled by Electrically Aligned Quantum Rods within a Polymer Matrix”为题发表于物理学顶级期刊Physical Review Letters（DOI: 10.1103/y5gy-n6qb）。我院硕士生任楠和纺织服装学院博士生Muhammad Umer为该论文共同第一作者，青岛大学国家重点实验室赵海光教授和宋杨副教授为该论文共同通讯作者，物理科学学院为该论文第一完成单位。

发光太阳能聚光器是一种兼具高透明度与低成本优势的新型光伏器件，其原理是通过嵌入的荧光材料吸收太阳光并发出荧光，再经全内反射将光汇聚到边缘的太阳能电池上转化为电能。该技术可制成大面积透明发电玻璃，在建筑集成光伏（BIPV）、农业光伏等领域具有广阔应用前景。长期以来，LSC中所采用的都是各向同性的发光材料，这制约了器件效率的进一步提升。研究团队通过系统理论分析，首次证明垂直偏振的方向性发射不仅能增强全内反射效率，还能显著缩短光在器件内的传播路径，大幅降低散射和再吸收损耗。

为实现高效方向性发射，研究团队合成了兼具高偏振度和高量子产率的CdSe/CdZnS量子棒，针对量子棒在聚合物基质中难以竖直定向且易发生聚集猝灭的难题，团队原创性开发出“电场定向-光聚合”技术：纤锌矿量子棒自身具有强内禀偶极，施加强电场可诱导量子棒沿电场方向排列，同时利用光聚合的方式构建聚合物交联网络，可成功实现量子棒在聚合物基质中的均匀分散、竖直排列以及取向固定。基于上述技术突破，研究团队制备了尺寸为3.5×3.5×0.85 cm³的夹胶玻璃结构LSC器件，测试结果表明，方向性发射器件的效率比各向同性对照器件提升1.23倍，最高PCE可达4.92%，通过调整量子棒浓度，器件在平均可见光透射率超过60%的情况下，可实现2.39%的光利用效率，创下量子点基LSC器件的纪录。

该研究建立了方向性发射提升LSC性能的完整理论与技术体系，为透明光伏技术的发展开辟了全新路径。未来，该技术有望推动发电玻璃在写字楼、住宅、温室大棚等场景的广泛应用，助力全球碳中和目标的实现。本研究得到了国家自然科学基金、山东省自然科学基金等项目资助，相关技术已申请发明专利并获得授权（宋杨; 赵海光; 任楠; 韩光亭; 基于定向排列量子棒的高效率发光太阳能聚光器及其制作方法, 2025 05-16, 中国, CN202510631239.7）。