上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料在太陽能電池中的應(yīng)用魯明 11s009078

1、上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料在太陽能電池中的應(yīng)用上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料在太陽能電池中的應(yīng)用魯明魯明11S009078概要概要：本文通過對上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料在燃料敏化太陽能電池中的應(yīng)用的學習，主要介紹二氧化鈦上轉(zhuǎn)換發(fā)光粉制備，并對其在染料敏化電池上的應(yīng)用進行研究。一背景背景目前染料敏化太陽能電池的最高光電轉(zhuǎn)換效率可達11%以上[12]。料敏化太陽能電池主要以N3N719染料作為敏化劑[1~5]與TiO2組成光陽極對太陽光進行吸收并轉(zhuǎn)換為電能.染料分子可被視為“電子

2、泵”這個泵的驅(qū)動力就是太陽光常用的N3N719染料對太陽光的吸收范圍主要在290~700nm之間[3~5]但對占太陽光全部能量高達43%的紅外光卻利用甚微所以利用光轉(zhuǎn)換材料將紅外光轉(zhuǎn)換為染料可以充分吸收利用的可見光對于提高電池的光電轉(zhuǎn)換效率具有重要的意義.由于稀土離子的特殊性質(zhì)即存在未充滿的4f殼層具有豐富的能級和4f電子的躍遷特性使稀土發(fā)光成為研究的熱點并在熒光、監(jiān)視器、X射線成像、光通信等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用[6~10]。本文通過水

3、熱法制備Er3和Yb3共摻的TiO2:(Er3Yb3)上轉(zhuǎn)換發(fā)光粉將其組裝在染料敏化太陽能電池中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。二實驗原料與儀器實驗原料與儀器二氧化鈦(P25)鈦酸四正丁酯、異丙醇、聚乙二醇(分子量20000)、碘、碘化鋰、4叔丁基吡啶(TBP)、OP乳化劑(TritonX100)、氧化鉺、氧化鐿、氫氧化鋰均為分析純購于中國醫(yī)藥集團上?；瘜W試劑公司敏化染料N719可控溫磁

4、力攪拌器(CMAGHS4德國IKA)馬弗爐(上海實驗電爐廠)短弧氙燈汞燈穩(wěn)流電源(CHFXM500W北京暢拓科技有限公司)、電化學分析儀工作站CHI660C(上海辰華儀器有限公司)導電玻璃基片(FTO，北京建筑材料研究院)X射線粉末衍射儀(D8advance)紫外可見分光光度計(UV2550)FSP920熒光光譜儀。三實驗內(nèi)容實驗內(nèi)容1、TiO2膠體的制備以鈦酸丁酯為前驅(qū)體采用水熱法制備TiO2膠體[11~14].將10mL鈦酸丁酯在強

5、烈攪拌下逐滴加入到150mL去離子水中立即產(chǎn)生沉淀持續(xù)攪拌30min然后進行抽濾并洗滌2~3次得到白色沉淀.將沉淀倒入一定體積比的硝酸與醋酸混合溶液中并保持80℃攪拌直到生成透明的藍色溶膠.先取70mL的溶膠在200℃水熱條件下處理12h.把水熱后的膠體倒回原來的溶膠中加0.2g二氧化鈦(P25)粉攪拌0.5h再進行二次水熱.反應(yīng)后的TiO2膠體經(jīng)80℃濃縮至原來的15加入20%~30%的聚乙二醇20000及幾滴TritonX100[1

6、2]攪拌至均勻得納晶TiO2膠體。2、轉(zhuǎn)換發(fā)光膠體的制備將一定量氧化鉺、氧化鐿和氫氧化鋰(作為反應(yīng)助熔劑)[15]溶解在硝酸中得硝酸鹽溶液.將10mL鈦酸丁酯在強烈攪拌下逐滴加入到150mL去離子水中立即產(chǎn)生沉淀持續(xù)攪拌30min而后進行抽濾并洗滌2~3次得到白色沉淀所得沉淀加入硝酸鹽溶液中并加入適量去離子水和10mL冰醋酸使其pH為1.隨后于80℃下攪拌直到生成透明的藍色溶膠.所得膠體裝入高壓釜(填充度小于80%)在200℃水熱處理1

7、2h即得摻雜鉺和鐿摻Er3Yb3的TiO2晶體經(jīng)800C焙燒2.5h后測定其激發(fā)譜如圖2(a)顯示在978nm附近有較強而寬的吸收峰對應(yīng)Yb3離子2F72→2F52躍遷所得的上轉(zhuǎn)換發(fā)光粉可以有效吸收紅外光.在978nm圖1(a)TiO2經(jīng)450℃煅燒2.5h(b)TiO2經(jīng)800℃煅燒2.5h(c)TiO2:(Er3Yb3)粉的XRD圖譜激光泵浦條件下測定其發(fā)光譜如圖2(b)所示.由圖可見稀土離子在TiO2基質(zhì)中經(jīng)上轉(zhuǎn)換可發(fā)射510~5

8、70nm的綠光和610~700nm的紅光其中出現(xiàn)在521nm544nm650nm處的譜峰分別對應(yīng)Er3的H112→4I1524S32→4I1524F92→4I152能級的躍遷[19~22].這些上轉(zhuǎn)換發(fā)射光線特別是在544nm處與染料敏化太陽能電池所能利用的最有效波段的光相吻合將其摻入光陽極中可增強電池對太陽光的利用有效地提高光電效率。圖3所示染料敏化太陽能電池中N719染料的紫外可見吸收光譜圖.由圖可見在290~700nm范圍內(nèi)有強吸