稀土發(fā)光材料的制備及其在DSSCs中的應(yīng)用.pdf

1、隨著能源和環(huán)境現(xiàn)狀的日益嚴(yán)峻，新能源的開發(fā)與利用愈發(fā)關(guān)鍵。太陽能作為清潔可再生的未來能源，在當(dāng)前形勢下尤為重要。染料敏化太陽能電池是繼硅基太陽能電池之后一種新型太陽能電池，由于其低成本、工藝簡單和較高的理論效率等優(yōu)點而備受關(guān)注，雖然全球科技工作者進行了大量的研究工作，但是其效率值和穩(wěn)定性相對于硅基太陽能電池還較低。其光電轉(zhuǎn)換效率低的原因主要是在光電轉(zhuǎn)換過程中存在著大量的能量損失，一是敏化染料的吸收范圍(如N719，400～600nm)有

2、限，主要集中在可見光波段，紫外和紅外區(qū)域的太陽光都散失掉，二是光電轉(zhuǎn)換過程中的電荷復(fù)合產(chǎn)生能量損耗。本文針對N719染料吸收范圍窄的缺陷，提出尋找合適的發(fā)光材料來解決光譜錯配的問題，以達到拓寬太陽能電池的光吸收范圍進而提高太陽能電池效率的目的。為了實現(xiàn)這個目的，本文主要做了以下工作:
　　1.采用高溫固相法制備了Ce3+和Tb3+共摻雜的CaF2基稀土發(fā)光材料。其激發(fā)峰是以335nm為中心的寬峰，來自于Ce3+∶4f→5d能級躍遷

3、;發(fā)射光譜由多個帶狀發(fā)射峰組成，分別位于487、543、585和621nm，歸屬于Tb3+的5D4→7Fn(n=6，5，4，3)躍遷發(fā)射，其最強峰為543nm綠光發(fā)射，與N719染料吸收范圍匹配良好。Ce3+和Tb3+的最佳摻雜濃度分別為5mol％和3mol％，此時Ce3+→Tb3+能量傳遞效率為33.5％。采用該材料對TiO2光陽極進行改性，組裝太陽能電池，光電性能測試表明，短路電流密度和光電轉(zhuǎn)換效率有很大提高，分別達到11.224m

4、A·cm-2和4.90％。
　　2.采用高溫固相法合成了CaF2∶Eu2+,Tb3+發(fā)光材料，在543nm監(jiān)測波長下得到其激發(fā)光譜為320～415nm的寬峰，包含了從近紫外到紫光區(qū)間的波段，屬于Eu2+∶5d→4f能級躍遷發(fā)射。在398nm紫外光激發(fā)下，其發(fā)射光譜中既有Eu2+的429nm(4f→5d)藍光發(fā)射，又有Tb3+的543nm(5D4→7F5)綠光發(fā)射，表明存在Eu2+→Tb3+能量傳遞。Eu2+和Tb3+的猝滅濃度均為

5、5mol％，此時，可以獲得最強的綠光發(fā)射，Eu2+→Tb3+能量傳遞效率為55.9％。將該材料引入TiO2光陽極組裝太陽能電池，伏安特性曲線測試顯示，短路電流密度為12.252mA·cm-2，計算得到光電轉(zhuǎn)換效率為5.16％，提高了43.3％。
　　3.通過高溫固相法合成了鈣鈦礦型稀土發(fā)光材料Ca1-1.5xTbxZrO3。樣品的激發(fā)光譜呈帶狀激發(fā)峰，激發(fā)峰中心為289nm，屬于半導(dǎo)體帶間Zr4+-O2-→Zr4+-O-電子躍遷激