【摘要】：太陽(yáng)能是一種可利用的清潔能源,且分布范圍廣、儲(chǔ)量豐富,因此有巨大的開發(fā)應(yīng)用潛力,而面臨化石燃料類能源枯竭的危機(jī),太陽(yáng)能光伏發(fā)電作為一種應(yīng)用清潔能源的方式,引起了研究者們的極大興趣。由Gr?tzel M.教授課題組首次提出的染料敏化太陽(yáng)能電池(DSSC)利用其中的染料分子敏化納米金屬氧化物半導(dǎo)體而實(shí)現(xiàn)了光電轉(zhuǎn)換。作為一種新型太陽(yáng)能電池,DSSC因其原料價(jià)格低廉、制備方法簡(jiǎn)單、綠色環(huán)保而被認(rèn)為是具有良好應(yīng)用前景和具市場(chǎng)潛力的硅太陽(yáng)能電池的替代物。輻照到地面的太陽(yáng)能光譜(AM1.5G)的波長(zhǎng)位于紫外光(UV)到紅外光(IR)區(qū)內(nèi)(200 2500 nm)。由于DSSC中光陽(yáng)極的禁帶寬度限制其吸光范圍,且釕基多吡啶類染料吸光范圍主要在可見光波段,其余太陽(yáng)光沒有被有效利用。此外,紫外線對(duì)染料具有降解作用,降低電池的穩(wěn)定性。因此如何利用上、下轉(zhuǎn)換發(fā)光材料將IR或UV轉(zhuǎn)換為染料可以吸收利用的光,對(duì)于提高光電轉(zhuǎn)換效率(PCE)和提高DSSC穩(wěn)定性尤為重要。但目前研究者們主要將稀土發(fā)光離子摻雜在光陽(yáng)極中,鮮少有將其摻雜在致密層中的報(bào)道。動(dòng)力學(xué)研究表明,導(dǎo)電基底(如FTO導(dǎo)電玻璃)與電解液中的I_3~-發(fā)生電子復(fù)合的速率很快,且快于TiO_2與I_3~-發(fā)生反應(yīng)的速率,因此抑制導(dǎo)電基底與I_3~-間發(fā)生的電子復(fù)合反應(yīng)可以有效提升DSSC的性能。此外,為了提高光散射能力,增大光的傳播路徑,研究者們將特定形貌與尺寸的稀土發(fā)光材料作為散射層應(yīng)用在DSSCs中。本文具體工作如下所述:(1)第一部分采用操作簡(jiǎn)便的旋涂法設(shè)計(jì)并制備了稀土氟化鐿銪(YbF_3:Eu~(3+))摻雜的SnO_2多功能致密單層(SnO_2 CSL),并將其應(yīng)用于DSSC中。組裝有SnO_2/YbF_3:Eu~(3+)CSL的DSSC與未組裝有CSL的DSSC相比,長(zhǎng)期穩(wěn)定性和PCE均有提高。長(zhǎng)期穩(wěn)定性的提高是由于SnO_2/YbF_3:Eu~(3+)CSL可以將UV光轉(zhuǎn)換為可見光從而抑制染料的降解。PCE的提高則是由于電子復(fù)合速率的減小,電池對(duì)短波數(shù)光區(qū)響應(yīng)的增強(qiáng),以及CSL的高透光性能。(2)為了進(jìn)一步提高DSSC的光電轉(zhuǎn)換效率,我們將SnO_2/YbF_3:Er~(3+)(SYEr)疊加在SnO_2/YbF_3:Eu~(3+)(SYEu)上,構(gòu)成一種多功能的SnO_2/YbF_3:Eu~(3+)//SnO_2/YbF_3:Er~(3+)致密雙層(SYEu/SYEr CBL)。同理,該CBL可以抑制電子回傳。而且,SnO_2基質(zhì)與轉(zhuǎn)換光的部分YbF_3:Eu~(3+)(YEu)和YbF_3:Er~(3+)(YEr)共同構(gòu)成的發(fā)光材料體系使DSSC的PCE進(jìn)一步提高。此外,這種通過改變稀土摻雜種類從而實(shí)現(xiàn)上/下轉(zhuǎn)換功能的方法可以廣泛應(yīng)用于光伏器件,它為有效拓寬電池對(duì)太陽(yáng)光的光譜響應(yīng)范圍提供了可能性。(3)第三部分采用TEOS水解法對(duì)YF_3:Yb~(3+),Er~(3+)(YFYE)進(jìn)行包覆,并結(jié)合Ag NPs,成功合成了具有上轉(zhuǎn)換與散射功能的多功能大尺寸的YF_3:Yb~(3+),Er~(3+)/Ag@SiO_2(YFYE/Ag@SiO_2)核殼結(jié)構(gòu)納米粒子。我們探究了不同摻雜比例的殼層與SPR效應(yīng)對(duì)增強(qiáng)熒光的作用。研究表明SiO_2的包覆使YFYE之間的熒光猝滅效應(yīng)減弱,而Ag NPs可以增強(qiáng)熒光。此外,DSSC性能的提升是由于粒子粒徑大造成的散射效應(yīng)。
【圖文】：

圖 1.1 DSSC 的工作原理圖[1]. 1.1 Schematic of operation of the dye-sensitized electrochemical photovol圖 1.2 不同半導(dǎo)體的價(jià)帶位置（pH=1）[1]and positions of several semiconductors in contact with aqueous electrolyte

2圖 1.2 不同半導(dǎo)體的價(jià)帶位置（pH=1）[1] positions of several semiconductors in contact with aqueous electr陽(yáng)極研究進(jìn)展C 光陽(yáng)極的研究，，主要集中在銳鈦礦型 TiO2、ZnO、極材料應(yīng)具備以下三個(gè)條件：1、光陽(yáng)極材料中半導(dǎo)體帶能級(jí)；2、要有足夠大的比表面來(lái)吸附染料敏化劑；電子可以在光陽(yáng)極多孔薄膜中快速傳輸[2-4]。能帶結(jié)構(gòu)一般由價(jià)帶和導(dǎo)帶組成。被束縛的電子從價(jià)帶量稱為半導(dǎo)體的禁帶寬度（Energy band-gap，Eg）。根
【學(xué)位授予單位】：山西大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TM914.4

【參考文獻(xiàn)】

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1 崔天蜂;張輝;杜寧;李東升;楊德仁;;Au@SiO_2@LaF_3:Eu納米核殼結(jié)構(gòu)的制備及其發(fā)光性能[J];材料科學(xué)與工程學(xué)報(bào);2008年06期

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1 臺(tái)玉萍;稀土摻雜量子剪裁發(fā)光材料在晶硅太陽(yáng)能電池中的應(yīng)用基礎(chǔ)研究[D];西北大學(xué);2016年

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1 王曉萌;鈣鈦礦型太陽(yáng)能電池中阻擋層的系統(tǒng)研究[D];浙江大學(xué);2015年

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3 楊雁博;染料敏化太陽(yáng)能電池光陽(yáng)極致密層的研究[D];天津大學(xué);2014年

本文編號(hào)：2678104