下轉(zhuǎn)換材料合成及其在新型太陽電池中的應(yīng)用研究.pdf

1、鈣鈦礦太陽電池作為一種新型太陽電池，具有生產(chǎn)成本低、制各工藝簡單、電遷移率高、吸光系數(shù)大等優(yōu)點(diǎn)。自誕生以來，就以驚人的速度刷新著效率記錄，是太陽能技術(shù)的一個(gè)重大革新。
　　受帶隙寬度的限制，常規(guī)鈣鈦礦太陽電池只能吸收占太陽總輻射光譜44％左右的可見光，這導(dǎo)致電池吸收帶隙與入射太陽光譜不匹配，造成能量損失，限制了效率的提升。此外，具有較高能量的紫外光，會(huì)造成電池結(jié)構(gòu)一定程度的破壞，導(dǎo)致電池光電性能下降。采用紫外慮光膜雖然避免了紫外光

2、對電池的損害，提高了電池的穩(wěn)定性，但也使電池?zé)o法有效利用紫外光，減小了電池的光采集效率。本論文從拓寬電池光譜響應(yīng)范圍提高效率及穩(wěn)定性的角度出發(fā)，采用稀土下轉(zhuǎn)換材料將高能量紫外光轉(zhuǎn)換成低能量可見光，使其與電池的吸收光譜更加匹配，實(shí)現(xiàn)電池對入射太陽光的有效利用，同時(shí)減小紫外光誘導(dǎo)降解對電池性能的影響。
　　稀土配合物作為一種優(yōu)良的發(fā)光材料，具有發(fā)光效率高、吸收范圍廣、熒光壽命長等優(yōu)點(diǎn)。在提高電池光利用率及性能方面，具有很好的應(yīng)用前景。

3、本文對提高配合物發(fā)光性能、拓寬吸收范圍進(jìn)行了研究，并擇優(yōu)選取配合物應(yīng)用于鈣鈦礦太陽電池中，系統(tǒng)研究了配合物下轉(zhuǎn)換發(fā)光與電池性能之間的關(guān)系。此外，將易激發(fā)、量子效率高的Eu3+離子與介孔TiO2結(jié)合，進(jìn)一步降低電池內(nèi)部紫外光誘導(dǎo)降解，提高電池光采集效率。
　　為提高稀土配合物的發(fā)光性能，在Phen-Eu(Ⅲ)體系中引入乙二胺，調(diào)控發(fā)光中心(Eu3+離子)周圍微化學(xué)環(huán)境。通過分析配合物的光學(xué)性能發(fā)現(xiàn)，乙二胺的添加含量小于或者等于0.2

4、 mmol時(shí)，配合物的熒光強(qiáng)度明顯提高。但是過量的乙二胺與發(fā)光中心配位，會(huì)使發(fā)光中心趨于配位飽和，導(dǎo)致配體與發(fā)光中心之間的配位變困難，阻礙了配體向發(fā)光中心的有效能量傳遞，引起配合物的熒光性能下降。
　　通過在配體（1，10-鄰菲羅啉）上引入不同特性取代基(5-硝基、5-甲基、4，7-二甲基、4，7-甲氧基和4，7-二苯基)改變配體結(jié)構(gòu)，研究不同結(jié)構(gòu)下配合物的發(fā)光性能。結(jié)果表明，供電子基團(tuán)及共軛基團(tuán)能夠提高配合物電子云密度，使電子躍

5、遷能級(jí)降低，增大配合物的紫外吸收系數(shù)。此外，這種取代基效應(yīng)及共軛效應(yīng)有助于提高配體與發(fā)光中心間的能級(jí)匹配程度，有效提升銪配合物分子內(nèi)的能量傳遞效率，從而增強(qiáng)了配合物的發(fā)光性能。
　　選取紫外吸收能力強(qiáng)、發(fā)光強(qiáng)度大的配合物（銪-4，7-苯基-1，10-鄰菲羅啉）制成透明光轉(zhuǎn)換薄膜，采用下轉(zhuǎn)換層前置模型應(yīng)用在電池上，提高了電池的光采集效率，獲得了11.8％的電流增益，光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到15.44％。紫外光照10 h后，仍保持了初始效率的

6、74％，穩(wěn)定性明顯提高。
　　為提高電池紫外光利用率，進(jìn)一步降低內(nèi)部紫外光誘導(dǎo)降解，將Eu引入介孔TiO2半導(dǎo)體制備TiO2∶Eu3+下轉(zhuǎn)換發(fā)光材料，作為骨架層應(yīng)用到鈣鈦礦太陽電池中。采用SEM、XRD、XPS和熒光光譜等表征手段深入研究了TiO2∶Eu3+下轉(zhuǎn)換發(fā)光材料的晶體結(jié)構(gòu)和發(fā)光性能。發(fā)現(xiàn)Eu3+離子沒能摻雜到TiO2晶格中，而是附著在TiO2晶面上。同時(shí)TiO2能夠誘導(dǎo)Eu3+離子發(fā)光,實(shí)現(xiàn)電池對紫外光的有效利用。電池的