稀土掺杂转换发光材料的制备及其在染料敏化太阳能电池中的应用

论文摘要

染料敏化太阳能电池（DSSC）具有成本低廉、制备工艺简单、光电转换效率已经达到11%以上,引起了国内外广泛的关注。DSSC中光阳极材料TiO2作为一种极稳定的半导体材料,只能吸收波长小于387 nm的紫外光,光电转换效率低,因此必须将TiO：表面光谱特征敏化,增大对全光谱范围的响应,从而提高光电转换效率。一个重要方法就是将光敏材料经化学键合或物理吸附在高比表面积的Ti02纳晶薄膜上使宽带隙的Ti02敏化。然而,具有明星染料之称的N3,N719染料对太阳光的吸收范围主要在300Y800 nm之间,大部分的红外光和紫外光没有被利用。因此,如果利用上下转换发光把红外光或紫外光转换为能被染料吸收利用的可见光,对于提高电池的光电转换效率具有重要意义。本文分别以氧化钆、氧化镥为基质,通过沉淀法制备了以不同稀土离子为发光中心的上下转换发光粉,将其添加进传统的二氧化钛胶体,组装成新型的上下转换发光电极。利用XRD、荧光光谱、电池光电性能测试和在滤光片作用下测试电池的光电转换效率,来分析掺入的发光粉对DSSC光电性能的影响。发现发光粉的加入提高了电池对太阳光的响应范围,增大了光电流,同时也提升了电池光阳极的费米能极,增大了开路电压,从而提高其光电转化效率,其测试结果如下：（1）以尿素为沉淀剂,采用均相沉淀法,制备了纳晶Gd2O3:Eu3+发光粉。当在发光层中元素Gd与Ti的摩尔比为6：100时,电池的光电转换效率最大,在模拟太阳光照射下（100mW/cm2, AMI.5）达到7.01%,这比没掺发光粉的电池提高了17.4%,在只有紫外光滤光片作用下（24mW/cm2）,掺发光粉的光电转换效率为1.90%,而不掺发光粉,光电转换效率为1.47%。（2）采用碳酸氢铵共沉淀法,制备了纳晶Lu1.976Yb0.02Tm0.004O3上转换发光粉。当在发光层中元素Lu与Ti的摩尔比为4：100时,电池的光电转换效率最大,在模拟太阳光照射下（100mW/cm2, AMI.5）达到6.63%,这比没掺发光粉的电池提高了11.1%。在只有红外光透过滤光片作用下（60mW/cm2）,掺发光粉的光电转换效率为0.194%,而不掺发光粉,光电转换效率为0.119%。（3）采用碳酸盐共沉淀法,制备了Gd2O3:Sm3+发光粉。当在发光层中元素Gd与Ti的摩尔比为6：100时,电池的光电转换效率最大,在模拟太阳光照射下（100mW/cm2, AMI.5）达到6.72%,这比没掺发光粉的电池提高了12.6%。在紫外光滤光片作用下（24mW/cm2）,掺发光粉的光电转换效率为1.87%,而不掺发光粉,光电转换效率为1.47%。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 染料敏化太阳能电池的结构和工作原理
• 1.3 染料敏化太阳能电池的研究进展
• 1.4 上下转换在太阳能电池中的研究进展
• 1.5 本论文的研究内容及意义
• 第二章 Dssc的制备、性能表征及影响因素
• 2.1 DSSC各部分的制备及组装
• 2.2 染料敏化太阳能电池性能的测试
• 2.3 染料敏化太阳能电池性能指标
• 2.4 钡叮试及表征方法
• 2.5 实验主要仪器和药品
• 第三章 下转换发光粉GdZo3:Eu3+的制备及其在染料敏化太 阳能电池中的应用
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.3 结果与讨论
• 3.4 本章小结
• 2O₃:Tm³⁺,Yb³⁺的制备及其在染 料敏化太阳能电池中的应用'>第四章 上转换发光粉Lu₂O₃:Tm³⁺,Yb³⁺的制备及其在染 料敏化太阳能电池中的应用
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.3 结果与讨论
• 4.4 本章小结
• 第五章 发光粉GdZo3:sm3+的制备及其在染料敏化太阳能电 池中的应用
• 5.1 引言
• 5.2 实验部分
• 5.3 结果与讨论
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论
• 参考文献