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(kāi)發(fā)與利用愈發(fā)關(guān)鍵。太陽(yáng)能作為清潔可再生的未來(lái)能源，在當(dāng)前形勢(shì)下尤為重要。染料敏化太陽(yáng)能電池是繼硅基太陽(yáng)能電池之后一種新型太陽(yáng)能電池，由于其低成本、工藝簡(jiǎn)單和較高的理論效率等優(yōu)點(diǎn)而備受關(guān)注，雖然全球科技工作者進(jìn)行了大量的研究工作，但是其效率值和穩(wěn)定性相對(duì)于硅基太陽(yáng)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(guò)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(jiàn)光波段，紫外和紅外區(qū)域的太陽(yáng)光都散失掉，二是光電轉(zhuǎn)換過(guò)程中的電荷復(fù)合產(chǎn)生能量損耗。本文針對(duì)N719染料吸收范圍窄的缺陷，提出尋找合適的發(fā)光材料來(lái)解決光譜錯(cuò)配的問(wèn)題，以達(dá)到拓寬太陽(yáng)能電池的光吸收范圍進(jìn)而提高太陽(yáng)能電池效率的目的。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)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(lái)自于Ce3+∶4f→5d能級(jí)躍遷

3、;發(fā)射光譜由多個(gè)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(qiáng)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(shí)Ce3+→Tb3+能量傳遞效率為33.5％。采用該材料對(duì)TiO2光陽(yáng)極進(jìn)行改性，組裝太陽(yáng)能電池，光電性能測(cè)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(dá)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(cè)波長(zhǎng)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(jí)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(lán)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(shí)，可以獲得最強(qiáng)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(yáng)極組裝太陽(yáng)能電池，伏安特性曲線測(cè)試顯示，短路電流密度為12.252mA·cm-2，計(jì)算得到光電轉(zhuǎn)換效率為5.16％，提高了43.3％。
　　3.通過(guò)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