稀土掺杂在料敏化太阳能电池中的应用.pdfVIP

稀土掺杂在染料敏化太阳能电池中的应用 中文摘要 中文摘要 染料敏化太阳能电池由于具有低成本，易制备和较高的光电转换效率等优点，在 过去二十年里一直是世界各国能源研究的热点课题。染料敏化纳晶太阳能电池已经成 为最有可能取代传统的p-n结太阳能电池的光电转换器件，其研究不仅对探索制备廉 价太阳能电池的途径有实际意义，在半导体光电子学、纳米多孔材料、有机电解质、 材料界面理论及光电化学等方面也具有重要的科学意义。本文分别以氧化钇、二氧化 钛为基质，通过草酸沉淀、水热、高温烧结等过程制备了以不同稀土离子为发光中心 的上下转换荧光粉，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，提高了电池对太阳光的响应范围，同时也提升了电池光阳极的费米能极，从而提 高其光电转化效率。 （1）采用草酸沉淀法制备了以 Y O 为基质Eu3+为发光中心的Y O :Eu3+荧光粉。 2 3 2 3 利用 UV-vis 、XRD 、荧光光谱、电池光电性能测试和单色光的光转化效率来分析掺 入的荧光粉对染料敏化太阳能电池光电性能的影响。添加的纳米荧光粉可以把单色 光电转化效率很低的紫外光转化为染料可以吸收利用的可见光，提高光电流；同时 作为 P-型掺杂剂，提高光阳极的费米能极，从而提高光电压。其中荧光效果最好的 波段(254 nm 左右) ，IPCE 从 3.26 %增加到 15.80 %。当添加量为0.03 g 时，光电压 从未添加时的 0.715V 增加到 0.820 V 。 （2 ）通过水热法制备Tm3+和 Yb3+共掺的 TiO :(Tm3+, Yb3+)上转换发光粉，研 2 究其发光原理，并将其组装在染料敏化太阳能电池中，使原来利用率极低的红外光 -2 转化为染料可以充分吸收的可见光，从而提高电池的光电转化效率。在 100 mW·cm （AM 1.5 ）模拟太阳光辐照下，掺发光粉的电池的光电转化效率达到7.05 %.在红 外光照射下，光电转换效率从没有掺的 0.040 % 提高到掺的 0.123 % 。 （3 ）采用水热法制备 TiO2 :(Er3+, Yb3+)上转换发光粉, 并将其应用于染料敏化 太阳能电池。添加上转换发光粉可使电池不能吸收利用的红外光转化为可以充分吸 收的可见光 (510-700 nm) ，从而提高电池的光电流。另一方面，作为 p-型掺杂， TiO :(Er3+, Yb3+)提升了氧化物膜的费米能级，因而提高了光电压。当 TiO 与发光粉 2 2 I 稀土掺杂在染料敏化太阳能电池中的应用 中文摘要 在上转换发光层中的质量比为 1:3 时，电池的性能最佳，在 100 mW·cm-2 （AM 1.5 ） 模拟太阳光辐照下，光电转化效率从不掺发光粉电池的 6.41%提高到掺发光粉电池 的7.28 % 。 关键词：染料敏化太阳能电池，稀土氧化物，上下转换，P-型掺杂 II 稀土在染料敏化太阳能电池中的应用 Abstract