上轉換發光材料及其應用
【技術領域】
[0001] 本發明屬于太陽能電池技術領域，具體設及染料敏化太陽能電池光陽極材料的制 備方法。
【背景技術】
[0002] 能源是人類社會賴W生存和發展的重要物質保障，是國民經濟和社會發展的基 礎。隨著化石能源的日趨枯竭和全球對室溫效應的關注，開發利用清潔可再生能源正成為 現在和未來世界能源科技發展的主旋律。太陽能光伏發電將太陽能直接轉化為電能，是一 種清潔的可再生能源。太陽能光伏發電研究近十年來一直受到高度重視，并得到較快發展。 隨著光伏發電成本的下降W及對清潔能源需求的上升，太陽能產品正逐步走進我們的生 活，作為一種新型清潔能源和低價太陽能光伏途徑，染料敏化太陽電池在全球范圍內正受 到越來越多的關注。
[0003] 光陽極作為光敏化劑的載體和收集電子和傳輸電子的介質，在染料敏化太陽能電 池中起著重要作用。但因受到太陽能電池材料本身性質的影響，染料敏化太陽能電池不能 有效吸收近紅外和紅外光，限制了電池的光子-電子轉換效率使得電池的光電轉換效率非 常低，作為電池核屯、組成部分的染料光敏化劑，吸收光譜的長波限一般都不超過750nm，而 太陽光譜中有55 % -60 %分布于750皿外的近紅外區域，使得染料敏化太陽電池光陽極對全 波段的太陽光能量無法全面吸收。所W想從根本上提高染料敏化太陽能電池的效率就必須 拓展電池的光譜響應范圍，利用上轉換發光材料將近紅外光轉換為可見光。從目前來看，現 有技術中還沒有上轉換中空結構光陽極材料用于染料敏化太陽能電池的報道。因此，研究 一種空屯、結構Ce〇2:化3VYb3+光陽極材料對染料敏化太陽能電池有著重要的應用意義。
【發明內容】
[0004] 本發明目的是為了提供一種工藝簡單，操作簡便，能有效提高太陽能電池光電轉 換效率的一種空屯、結構Ce〇2:化3VYb3+染料敏化太陽能電池光陽極材料的制備方法。
[000引本發明所設及的一種空屯、結構Ce化:Er3V化上轉換發光材料，通過下述方法制備 得到：
[0006] (1)制備炭(Carbon縮寫為C)小球:將葡萄糖溶于溶劑，形成葡萄糖溶液，再將葡萄 糖溶液轉至高壓反應蓋中水熱反應，反應結束后，冷卻到室溫，離屯、分離出固相物，再將其 固相物離心洗涂，在80°C溫度下烘干，得到C小球；
[0007 ] (2)將步驟(1)中的C小球在溶劑中超聲分散，得到分散液；
[0008] (3)將硝酸姉乙醇溶液，硝酸鏡乙醇溶液，硝酸巧乙醇溶液按比例混合，形成混合 溶液；
[0009] (4)將步驟(3)得到的混合溶液加入到步驟(2)分散液中，形成混合溶液。攬拌，超 聲；
[0010] (5)將步驟(4)得到的混合溶液轉至高壓反應蓋中水熱反應；
[0011] (6)水熱反應結束后，冷卻到室溫，將水熱反應的產物取出，離屯、分離出固相物，再 將其固相物離屯、洗涂，在80°C溫度下烘干，得到一種實屯、材料Ce化:Er37孔3+@C。
[001引（7)將步驟(6)得到的實屯、材料Ce02:Er37Yb3+@C經高溫般燒，得到空屯、結構Ce02: 化37Yb3+上轉換發光材料。
[0013] 本發明步驟（1)中所述葡萄糖濃度為0.55mM，溶劑為去離子水。水熱反應的環境溫 度為140~180°C，反應時間為4~2地;優選水熱反應的環境溫度為180°C，反應時間為地。
[0014] 本發明步驟(2)中所述C小球的質量與溶劑體積之比為75mg: (5~15ml)，其中溶劑 為無水乙醇。
[0015] 本發明在步驟(3)中所述混合溶液中硝酸姉，硝酸鏡，硝酸巧濃度皆為0.1~1M;硝 酸姉，硝酸鏡，硝酸巧乙醇溶混合比為(95+X): (1-y): (4-x-y)，其中0含X。，0含0.7。
[0016] 本發明在步驟(4)中所述步驟(3)的混合液與步驟(2)的分散液比為1:1;形成的混 合溶液，于室溫下，經攬拌30~60min,超聲30~60min，將其混合均勻。
[0017] 本發明在步驟(5)中所述水熱反應的環境溫度為140~160°C，反應時間為6~12h。 優選所述水熱反應的環境溫度為160°C，反應時間為化。
[0018] 本發明在步驟（1)和步驟(6)中所述離屯、轉速為7000~9000r/min，離屯、時間為5~ 10min〇
[0019] 本發明在步驟(7)中所述般燒溫度為500~1100°C，時間為1~4h，般燒升溫速率為 1 ~l(TC/min。
[0020] 本發明還公開了所述的空屯、結構Ce化:Er37化上轉換發光材料在制備染料敏化 太陽能電池光陽極材料中的應用。在FT0玻璃上將空屯、結構Ce化:Er37化上轉換發光材料 采用絲網印刷涂覆在P25漿料表面，高溫般燒，得到染料敏化太陽能電池光陽極材料。
[0021] 其中，所述涂覆方式是涂一層般燒一層，P25漿料涂覆6~8層，上轉化空屯、材料涂 覆1~2層。般燒溫度為450°C，時間為30min，般燒升溫速率為10°C/min。
[0022] 所述P25漿料是顆粒粒徑大約為25nm的二氧化鐵漿料。
[0023] 本發明工藝的優點是：
[0024] 1.原材料豐富、成本低、制備工藝簡單，可制備柔性器件。采用絲網印刷涂覆每一 層，減少表面缺陷，且能夠獲得較小的尺寸具有較大比表面積，從而有效提高染料分子在光 陽極表面進行吸附。
[0025] 2.該方法采用稀±滲雜上轉化發光材料與二氧化鐵復合制備的光陽極薄膜能有 效增加對紅外光能量的吸收，擴大了吸收光譜范圍，使得光陽極薄膜中光電子散射增強，電 池的光電轉化效率明顯增強，跟現有的P25光陽極電池效率相比增加了 27.8%。制備成的 Ce化:Er37孔復合材料結構新穎，呈空屯、球狀，尺寸在300~400nm之間。
【附圖說明】
[0026] 圖巧本發明制成的空屯、結構復合材料Ce化:Er37Yb3+的場發射透射電鏡TEM圖。
[0027] 圖2為本發明制成的空屯、結構復合材料Ce化:Er37孔的場發射掃描電鏡圖沈M。
[0028] 圖3為本發明制成的空屯、結構復合材料Ce化:Er37化和空屯、結構復合材料Ce化的 X射線衍射XRD圖。
[0029] 圖4為本發明制成的空屯、結構復合材料Ce化:Er37孔在980nm激光器下的發光譜。
[0030] 圖5為本發明染料敏化太陽能電池光陽極表面復合材料場發射掃描電鏡圖SEM。
[0031] 圖6為本發明染料敏化太陽能電池的I-V特性曲線圖。
【具體實施方式】 [003引一、制備方法
[0033] 1.基底清洗：
[0034] 將FT0玻璃裁成長5畑1，寬10cm的尺寸，置于大燒杯中，分別用丙酬、乙醇、去離子水 中依次序超聲清洗20min，清洗完后取出，烘箱烘干備用。
[003引 2.制備C小球：
[0036] 將葡萄糖溶于去離子水中，配成葡萄糖溶液，再將葡萄糖溶液轉至50mL的高壓反 應蓋中置于180°C的溫度環境下水熱反應地。反應結束后，冷卻到室溫，離屯、分離出固相物， 再將其固相物離屯、洗涂，在80°C溫度下烘干，得到C小球；
[0037] 其中，葡萄糖溶液的濃度是0.55mM，離屯、轉速為7000~8000r/min，離屯、時間5~ lOmin。
[0038] 3.制備空屯、結構復合材料Ce〇2:化37孔3+:
[0039] 配置0.1~1M的硝酸姉乙醇溶液，硝酸鏡乙醇溶液，硝酸巧乙醇溶液
[0040] (1)將配置好的硝酸姉乙醇溶液，硝酸鏡乙醇溶液，硝酸巧乙醇溶液按(95+^):(1- y): (4-x-y)比例混合，攬拌30~60min，形成混合溶液。其中0<x<3,0<y<0.7。
[0041] (2)將上述制備好的C小球取適量超聲分散于乙醇溶劑中，在此分散液中再加入上 述配置好的混合溶液。磁力攬拌器攬拌30~60min，超聲30~60min，混合均勻。
[0042] 其中球的質量與溶劑體積之比為75mg: (5~15ml)，C小球分散液與混合溶液比為 1:1。
[0043] (3)將上述攬拌均勻的混合溶液轉移至50ml的高壓反應蓋中置于160°C的溫度環 境下水熱反應化。反應結束后，冷卻到室溫，離屯、分離出固相物，再將其固相物離心洗涂，在 80°C溫度下烘干，得到一種實屯咐料Ce〇2:化37孔3+@C。
[0044] 其中離屯、轉速為7000~8000r/min，離屯、時間5~lOmin。
[004引（4)將上述得到的實屯、材料Ce02:化37Yb3+@C經高溫般燒，得到空屯、結構染料敏化 太陽能電池光陽極材料Ce化:Er37孔。
[0046] 其中般燒溫度為500~1100°C，時間為1~4h，般燒升溫速率為1~10°C/min。
[0047] 二、產物表征
[0048] 圖1展示了本發明制備的空屯、結構復合材料Ce化:Er37化的場發射透射電鏡TEM 圖，從圖中可W看出此材料為空屯、球，尺寸在300~400nm之間。
[0049] 圖2展示了本發明制備的空屯、結構復合材料Ce〇2:化37Yb3+的場發射掃描電鏡圖 SEM，從圖中可W看出此材料為空屯、球，放大倍數：X 60000，形貌均一。
[0050] 圖3展示了本發明制備的空屯、結構復合材料Ce〇2:化37Yb3+和空屯、結構復合材料 Ce〇2的X射線衍射XRD圖