稀土摻雜材料在染料敏化太陽(yáng)能電池中的應(yīng)用.pdf

1、太陽(yáng)能作為一種取之不盡用之不竭的環(huán)境友好型能源是有效解決傳統(tǒng)化石燃料能源短缺和環(huán)境問(wèn)題的新能源之一。太陽(yáng)能電池能夠以清潔而可持續(xù)的方式來(lái)捕獲陽(yáng)光并將其轉(zhuǎn)換成電能，是已知利用太陽(yáng)能最好的方法。其中，第三代太陽(yáng)能電池—染料敏化太陽(yáng)能電池（DSSC）因其原料價(jià)格低廉、制備方法簡(jiǎn)單、綠色環(huán)保、光電轉(zhuǎn)換效率高而備受關(guān)注。DSSC迄今最高光電轉(zhuǎn)換效率為13％，仍不能滿足商業(yè)應(yīng)用的要求，如何進(jìn)一步提高DSSC的光電轉(zhuǎn)換效率是科研工作者鍥而不舍追求的目

2、標(biāo)。提高DSSC光電轉(zhuǎn)換效率的方法有很多，比如制備新型半導(dǎo)體膜、合成新型染料和電解質(zhì)。此外，修改太陽(yáng)光譜以拓展染料的光譜吸收范圍來(lái)減少光損失是提高DSSC光電性能的一種有效措施。目前用于DSSC的眾多染料中，吸收范圍在300-700nm間的N719染料是使用最多的。占超過(guò)太陽(yáng)光總能量50%的紫外光和紅外光都不在其吸收范圍內(nèi)，致使太陽(yáng)光得不到充分吸收利用。稀土摻雜發(fā)光材料通過(guò)上下轉(zhuǎn)換，可以將染料吸收范圍外的紫外紅外光轉(zhuǎn)換為吸收范圍內(nèi)的可見(jiàn)

3、光，從而提高DSSC的效率。
　　本文用水熱法制備了NaYF4:Eu3+、TiO2:Tb3+下轉(zhuǎn)換發(fā)光粉和NaYF4:Yb3+，Er3+上轉(zhuǎn)換發(fā)光粉，并將其制成發(fā)光層引入到DSSC光陽(yáng)極中，利用稀土摻雜材料上下轉(zhuǎn)換發(fā)光拓寬染料吸收范圍，使電池對(duì)光的捕獲率增高，從而增大光電流。
　　（1）通過(guò)水熱法法制備了Eu3+摻雜的NaYF4:Eu3+棱柱狀下轉(zhuǎn)換發(fā)光粉。將其添加到了DSSC中，提高了電池對(duì)紫外光的利用率和其光電流。同時(shí)，

4、三價(jià)稀土離子的P-型摻雜作用，使DSSC光陽(yáng)極費(fèi)米能級(jí)升高，電池開路電壓增大。在100mW·cm-2(AM1.5)的模擬太陽(yáng)光下，NaYF4:Eu3+的最佳摻雜量為5wt.%。此時(shí)，電池光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到了最佳的8.11%，跟未摻雜的DSSC相比提高了36%。
　?。?）采用水熱法制備了NaYF4:Yb3+，Er3+盤狀上轉(zhuǎn)換發(fā)光粉，并將其引入到了DSSC中。在文中，用XRD研究了它的物相、SEM觀察其形貌特征、激發(fā)光譜和發(fā)射光譜表

5、征其光學(xué)性能。對(duì)比添加了不同比重發(fā)光粉DSSC的光電化學(xué)性能，得出當(dāng)NaYF4:Yb3+，Er3+的添加量為3wt.%時(shí)，DSSC的光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到了最大的7.62%，比未摻雜的提高了23%。
　?。?）采用水熱法，制備了下轉(zhuǎn)換發(fā)光粉TiO2:Tb3+，以提高DSSC的穩(wěn)定性和對(duì)紫外光的利用率。當(dāng)TiO2:Tb3+環(huán)已烷溶液旋涂次數(shù)為2的時(shí)候，電池的性能最佳，光電轉(zhuǎn)換效率最大。在100mW·cm-2的模擬太陽(yáng)光下，光電轉(zhuǎn)換效率從6