稀土摻雜在染料敏化太陽能電池中的應(yīng)用.pdf

1、染料敏化太陽能電池由于具有低成本，易制備和較高的光電轉(zhuǎn)換效率等優(yōu)點(diǎn)，在過去二十年里一直是世界各國能源研究的熱點(diǎn)課題。染料敏化納晶太陽能電池已經(jīng)成為最有可能取代傳統(tǒng)的p-n結(jié)太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換器件，其研究不僅對探索制備廉價(jià)太陽能電池的途徑有實(shí)際意義，在半導(dǎo)體光電子學(xué)、納米多孔材料、有機(jī)電解質(zhì)、材料界面理論及光電化學(xué)等方面也具有重要的科學(xué)意義。本文分別以氧化釔、二氧化鈦為基質(zhì)，通過草酸沉淀、水熱、高溫?zé)Y(jié)等過程制備了以不同稀土離子為發(fā)光中

2、心的上下轉(zhuǎn)換熒光粉，將其添加進(jìn)傳統(tǒng)的二氧化鈦膠體，組裝成新型的上下轉(zhuǎn)換發(fā)光電極，提高了電池對太陽光的響應(yīng)范圍，同時(shí)也提升了電池光陽極的費(fèi)米能極，從而提高其光電轉(zhuǎn)化效率。
　　 （1）采用草酸沉淀法制備了以Y2O3為基質(zhì)Eu3+為發(fā)光中心的Y2O3:Eu3+熒光粉。
　　 利用UV-vis、XRD、熒光光譜、電池光電性能測試和單色光的光轉(zhuǎn)化效率來分析摻入的熒光粉對染料敏化太陽能電池光電性能的影響。添加的納米熒光粉可以把單色

3、光電轉(zhuǎn)化效率很低的紫外光轉(zhuǎn)化為染料可以吸收利用的可見光，提高光電流；同時(shí)作為P-型摻雜劑，提高光陽極的費(fèi)米能極，從而提高光電壓。其中熒光效果最好的波段(254nm左右)，IPCE從3.26％增加到15.80％。當(dāng)添加量為0.03g時(shí)，光電壓從未添加時(shí)的0.715V增加到0.820V。
　　 （2）通過水熱法制備Tm 3+和Yb3+共摻的TiO2:(Tm3+,Yb3+)上轉(zhuǎn)換發(fā)光粉，研究其發(fā)光原理，并將其組裝在染料敏化太陽能電池中

4、，使原來利用率極低的紅外光轉(zhuǎn)化為染料可以充分吸收的可見光，從而提高電池的光電轉(zhuǎn)化效率。在100mW·cm-2（AM1.5）模擬太陽光輻照下，摻發(fā)光粉的電池的光電轉(zhuǎn)化效率達(dá)到7.05％.在紅外光照射下，光電轉(zhuǎn)換效率從沒有摻的0.040％ 提高到摻的0.123％。
　　 （3）采用水熱法制備TiO2:(Er3+,Yb3+)上轉(zhuǎn)換發(fā)光粉，并將其應(yīng)用于染料敏化太陽能電池。添加上轉(zhuǎn)換發(fā)光粉可使電池不能吸收利用的紅外光轉(zhuǎn)化為可以充分吸收的可