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

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

2、泵”這個(gè)泵的驅(qū)動(dòng)力就是太陽(yáng)光常用的N3N719染料對(duì)太陽(yáng)光的吸收范圍主要在290~700nm之間[3~5]但對(duì)占太陽(yáng)光全部能量高達(dá)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(duì)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(jí)和4f電子的躍遷特性使稀土發(fā)光成為研究的熱點(diǎn)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(guò)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(yáng)能電池中使原來(lái)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(shí)驗(yàn)原料與儀器實(shí)驗(yàn)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(gòu)于中國(guó)醫(yī)藥集團(tuán)上?；瘜W(xué)試劑公司敏化染料N719可控溫磁

4、力攪拌器(CMAGHS4德國(guó)IKA)馬弗爐(上海實(shí)驗(yàn)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(xué)分析儀工作站CHI660C(上海辰華儀器有限公司)導(dǎo)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(jì)(UV2550)FSP920熒光光譜儀。三實(shí)驗(yàn)內(nèi)容實(shí)驗(yàn)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(qiáng)

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(jìn)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(lán)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(lái)的溶膠中加0.2g二氧化鈦(P25)粉攪拌0.5h再進(jìn)行二次水熱.反應(yīng)后的TiO2膠體經(jīng)80℃濃縮至原來(lái)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(qiáng)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(jìn)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(lán)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(cè)定其激發(fā)譜如圖2(a)顯示在978nm附近有較強(qiáng)而寬的吸收峰對(duì)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(cè)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(duì)應(yīng)Er3的H112→4I1524S32→4I1524F92→4I152能級(jí)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(yáng)能電池所能利用的最有效波段的光相吻合將其摻入光陽(yáng)極中可增強(qiáng)電池對(duì)太陽(yáng)光的利用有效地提高光電效率。圖3所示染料敏化太陽(yáng)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(qiáng)吸