稀土摻雜轉(zhuǎn)換發(fā)光材料的制備及其在染料敏化太陽能電池中的應(yīng)用

【摘要】：染料敏化太陽能電池(DSSC)具有成本低廉、制備工藝簡單、光電轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)達(dá)到11%以上,引起了國內(nèi)外廣泛的關(guān)注。DSSC中光陽極材料TiO2作為一種極穩(wěn)定的半導(dǎo)體材料,只能吸收波長小于387 nm的紫外光,光電轉(zhuǎn)換效率低,因此必須將TiO：表面光譜特征敏化,增大對全光譜范圍的響應(yīng),從而提高光電轉(zhuǎn)換效率。一個重要方法就是將光敏材料經(jīng)化學(xué)鍵合或物理吸附在高比表面積的Ti02納晶薄膜上使寬帶隙的Ti02敏化。然而,具有明星染料之稱的N3,N719染料對太陽光的吸收范圍主要在300Y800 nm之間,大部分的紅外光和紫外光沒有被利用。因此,如果利用上下轉(zhuǎn)換發(fā)光把紅外光或紫外光轉(zhuǎn)換為能被染料吸收利用的可見光,對于提高電池的光電轉(zhuǎn)換效率具有重要意義。 本文分別以氧化釓、氧化镥為基質(zhì),通過沉淀法制備了以不同稀土離子為發(fā)光中心的上下轉(zhuǎn)換發(fā)光粉,將其添加進(jìn)傳統(tǒng)的二氧化鈦膠體,組裝成新型的上下轉(zhuǎn)換發(fā)光電極。利用XRD、熒光光譜、電池光電性能測試和在濾光片作用下測試電池的光電轉(zhuǎn)換效率,來分析摻入的發(fā)光粉對DSSC光電性能的影響。發(fā)現(xiàn)發(fā)光粉的加入提高了電池對太陽光的響應(yīng)范圍,增大了光電流,同時也提升了電池光陽極的費(fèi)米能極,增大了開路電壓,從而提高其光電轉(zhuǎn)化效率,其測試結(jié)果如下： (1)以尿素為沉淀劑,采用均相沉淀法,制備了納晶Gd2O3:Eu3+發(fā)光粉。當(dāng)在發(fā)光層中元素Gd與Ti的摩爾比為6：100時,電池的光電轉(zhuǎn)換效率最大,在模擬太陽光照射下(100mW/cm2, AMI.5)達(dá)到7.01%,這比沒摻發(fā)光粉的電池提高了17.4%,在只有紫外光濾光片作用下(24mW/cm2),摻發(fā)光粉的光電轉(zhuǎn)換效率為1.90%,而不摻發(fā)光粉,光電轉(zhuǎn)換效率為1.47%。 (2)采用碳酸氫銨共沉淀法,制備了納晶Lu1.976Yb0.02Tm0.004O3上轉(zhuǎn)換發(fā)光粉。當(dāng)在發(fā)光層中元素Lu與Ti的摩爾比為4：100時,電池的光電轉(zhuǎn)換效率最大,在模擬太陽光照射下(100mW/cm2, AMI.5)達(dá)到6.63%,這比沒摻發(fā)光粉的電池提高了11.1%。在只有紅外光透過濾光片作用下(60mW/cm2),摻發(fā)光粉的光電轉(zhuǎn)換效率為0.194%,而不摻發(fā)光粉,光電轉(zhuǎn)換效率為0.119%。 (3)采用碳酸鹽共沉淀法,制備了Gd2O3:Sm3+發(fā)光粉。當(dāng)在發(fā)光層中元素Gd與Ti的摩爾比為6：100時,電池的光電轉(zhuǎn)換效率最大,在模擬太陽光照射下(100mW/cm2, AMI.5)達(dá)到6.72%,這比沒摻發(fā)光粉的電池提高了12.6%。在紫外光濾光片作用下(24mW/cm2),摻發(fā)光粉的光電轉(zhuǎn)換效率為1.87%,而不摻發(fā)光粉,光電轉(zhuǎn)換效率為1.47%。 【關(guān)鍵詞】：染料敏化太陽能電池 稀土氧化物 P-型摻雜 上下轉(zhuǎn)換發(fā)光材料
【學(xué)位授予單位】：華僑大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號】：TM914.4;O482.31
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-7
• 第一章 緒論7-29
• 1.1 引言7-8
• 1.2 染料敏化太陽能電池的結(jié)構(gòu)和工作原理8-9
• 1.3 染料敏化太陽能電池的研究進(jìn)展9-16
• 1.4 上下轉(zhuǎn)換在太陽能電池中的研究進(jìn)展16-27
• 1.5 本論文的研究內(nèi)容及意義27-29
• 第二章 Dssc的制備、性能表征及影響因素29-36
• 2.1 DSSC各部分的制備及組裝29-30
• 2.2 染料敏化太陽能電池性能的測試30-31
• 2.3 染料敏化太陽能電池性能指標(biāo)31-34
• 2.4 鋇叮試及表征方法34
• 2.5 實(shí)驗(yàn)主要儀器和藥品34-36
• 第三章 下轉(zhuǎn)換發(fā)光粉GdZo3:Eu3+的制備及其在染料敏化太 陽能電池中的應(yīng)用36-45
• 3.1 引言36
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分36-38
• 3.3 結(jié)果與討論38-44
• 3.4 本章小結(jié)44-45
• 第四章 上轉(zhuǎn)換發(fā)光粉Lu_2O_3:Tm~(3+),Yb~(3+)的制備及其在染 料敏化太陽能電池中的應(yīng)用45-55
• 4.1 引言45
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分45-47
• 4.3 結(jié)果與討論47-53
• 4.4 本章小結(jié)53-55
• 第五章 發(fā)光粉GdZo3:sm3+的制備及其在染料敏化太陽能電 池中的應(yīng)用55-64
• 5.1 引言55
• 5.2 實(shí)驗(yàn)部分55-57
• 5.3 結(jié)果與討論57-62
• 5.4 本章小結(jié)62-64
• 第六章 結(jié)論64-65
• 參考文獻(xiàn)65-76

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