上转换发光材料及其应用
【技术领域】
[0001] 本发明属于太阳能电池技术领域，具体设及染料敏化太阳能电池光阳极材料的制 备方法。
【背景技术】
[0002] 能源是人类社会赖W生存和发展的重要物质保障，是国民经济和社会发展的基 础。随着化石能源的日趋枯竭和全球对室溫效应的关注，开发利用清洁可再生能源正成为 现在和未来世界能源科技发展的主旋律。太阳能光伏发电将太阳能直接转化为电能，是一 种清洁的可再生能源。太阳能光伏发电研究近十年来一直受到高度重视，并得到较快发展。 随着光伏发电成本的下降W及对清洁能源需求的上升，太阳能产品正逐步走进我们的生 活，作为一种新型清洁能源和低价太阳能光伏途径，染料敏化太阳电池在全球范围内正受 到越来越多的关注。
[0003] 光阳极作为光敏化剂的载体和收集电子和传输电子的介质，在染料敏化太阳能电 池中起着重要作用。但因受到太阳能电池材料本身性质的影响，染料敏化太阳能电池不能 有效吸收近红外和红外光，限制了电池的光子-电子转换效率使得电池的光电转换效率非 常低，作为电池核屯、组成部分的染料光敏化剂，吸收光谱的长波限一般都不超过750nm，而 太阳光谱中有55 % -60 %分布于750皿外的近红外区域，使得染料敏化太阳电池光阳极对全 波段的太阳光能量无法全面吸收。所W想从根本上提高染料敏化太阳能电池的效率就必须 拓展电池的光谱响应范围，利用上转换发光材料将近红外光转换为可见光。从目前来看，现 有技术中还没有上转换中空结构光阳极材料用于染料敏化太阳能电池的报道。因此，研究 一种空屯、结构Ce〇2:化3VYb3+光阳极材料对染料敏化太阳能电池有着重要的应用意义。
【发明内容】
[0004] 本发明目的是为了提供一种工艺简单，操作简便，能有效提高太阳能电池光电转 换效率的一种空屯、结构Ce〇2:化3VYb3+染料敏化太阳能电池光阳极材料的制备方法。
[000引本发明所设及的一种空屯、结构Ce化:Er3V化上转换发光材料，通过下述方法制备 得到：
[0006] (1)制备炭(Carbon缩写为C)小球:将葡萄糖溶于溶剂，形成葡萄糖溶液，再将葡萄 糖溶液转至高压反应蓋中水热反应，反应结束后，冷却到室溫，离屯、分离出固相物，再将其 固相物离心洗涂，在80°C溫度下烘干，得到C小球；
[0007 ] (2)将步骤(1)中的C小球在溶剂中超声分散，得到分散液；
[0008] (3)将硝酸姉乙醇溶液，硝酸镜乙醇溶液，硝酸巧乙醇溶液按比例混合，形成混合 溶液；
[0009] (4)将步骤(3)得到的混合溶液加入到步骤(2)分散液中，形成混合溶液。揽拌，超 声；
[0010] (5)将步骤(4)得到的混合溶液转至高压反应蓋中水热反应；
[0011] (6)水热反应结束后，冷却到室溫，将水热反应的产物取出，离屯、分离出固相物，再 将其固相物离屯、洗涂，在80°C溫度下烘干，得到一种实屯、材料Ce化:Er37孔3+@C。
[001引（7)将步骤(6)得到的实屯、材料Ce02:Er37Yb3+@C经高溫般烧，得到空屯、结构Ce02: 化37Yb3+上转换发光材料。
[0013] 本发明步骤（1)中所述葡萄糖浓度为0.55mM，溶剂为去离子水。水热反应的环境溫 度为140~180°C，反应时间为4~2地;优选水热反应的环境溫度为180°C，反应时间为地。
[0014] 本发明步骤(2)中所述C小球的质量与溶剂体积之比为75mg: (5~15ml)，其中溶剂 为无水乙醇。
[0015] 本发明在步骤(3)中所述混合溶液中硝酸姉，硝酸镜，硝酸巧浓度皆为0.1~1M;硝 酸姉，硝酸镜，硝酸巧乙醇溶混合比为(95+X): (1-y): (4-x-y)，其中0含X。，0含0.7。
[0016] 本发明在步骤(4)中所述步骤(3)的混合液与步骤(2)的分散液比为1:1;形成的混 合溶液，于室溫下，经揽拌30~60min,超声30~60min，将其混合均匀。
[0017] 本发明在步骤(5)中所述水热反应的环境溫度为140~160°C，反应时间为6~12h。 优选所述水热反应的环境溫度为160°C，反应时间为化。
[0018] 本发明在步骤（1)和步骤(6)中所述离屯、转速为7000~9000r/min，离屯、时间为5~ 10min〇
[0019] 本发明在步骤(7)中所述般烧溫度为500~1100°C，时间为1~4h，般烧升溫速率为 1 ~l(TC/min。
[0020] 本发明还公开了所述的空屯、结构Ce化:Er37化上转换发光材料在制备染料敏化 太阳能电池光阳极材料中的应用。在FT0玻璃上将空屯、结构Ce化:Er37化上转换发光材料 采用丝网印刷涂覆在P25浆料表面，高溫般烧，得到染料敏化太阳能电池光阳极材料。
[0021] 其中，所述涂覆方式是涂一层般烧一层，P25浆料涂覆6~8层，上转化空屯、材料涂 覆1~2层。般烧溫度为450°C，时间为30min，般烧升溫速率为10°C/min。
[0022] 所述P25浆料是颗粒粒径大约为25nm的二氧化铁浆料。
[0023] 本发明工艺的优点是：
[0024] 1.原材料丰富、成本低、制备工艺简单，可制备柔性器件。采用丝网印刷涂覆每一 层，减少表面缺陷，且能够获得较小的尺寸具有较大比表面积，从而有效提高染料分子在光 阳极表面进行吸附。
[0025] 2.该方法采用稀±渗杂上转化发光材料与二氧化铁复合制备的光阳极薄膜能有 效增加对红外光能量的吸收，扩大了吸收光谱范围，使得光阳极薄膜中光电子散射增强，电 池的光电转化效率明显增强，跟现有的P25光阳极电池效率相比增加了 27.8%。制备成的 Ce化:Er37孔复合材料结构新颖，呈空屯、球状，尺寸在300~400nm之间。
【附图说明】
[0026] 图巧本发明制成的空屯、结构复合材料Ce化:Er37Yb3+的场发射透射电镜TEM图。
[0027] 图2为本发明制成的空屯、结构复合材料Ce化:Er37孔的场发射扫描电镜图沈M。
[0028] 图3为本发明制成的空屯、结构复合材料Ce化:Er37化和空屯、结构复合材料Ce化的 X射线衍射XRD图。
[0029] 图4为本发明制成的空屯、结构复合材料Ce化:Er37孔在980nm激光器下的发光谱。
[0030] 图5为本发明染料敏化太阳能电池光阳极表面复合材料场发射扫描电镜图SEM。
[0031] 图6为本发明染料敏化太阳能电池的I-V特性曲线图。
【具体实施方式】 [003引一、制备方法
[0033] 1.基底清洗：
[0034] 将FT0玻璃裁成长5畑1，宽10cm的尺寸，置于大烧杯中，分别用丙酬、乙醇、去离子水 中依次序超声清洗20min，清洗完后取出，烘箱烘干备用。
[003引 2.制备C小球：
[0036] 将葡萄糖溶于去离子水中，配成葡萄糖溶液，再将葡萄糖溶液转至50mL的高压反 应蓋中置于180°C的溫度环境下水热反应地。反应结束后，冷却到室溫，离屯、分离出固相物， 再将其固相物离屯、洗涂，在80°C溫度下烘干，得到C小球；
[0037] 其中，葡萄糖溶液的浓度是0.55mM，离屯、转速为7000~8000r/min，离屯、时间5~ lOmin。
[0038] 3.制备空屯、结构复合材料Ce〇2:化37孔3+:
[0039] 配置0.1~1M的硝酸姉乙醇溶液，硝酸镜乙醇溶液，硝酸巧乙醇溶液
[0040] (1)将配置好的硝酸姉乙醇溶液，硝酸镜乙醇溶液，硝酸巧乙醇溶液按(95+^):(1- y): (4-x-y)比例混合，揽拌30~60min，形成混合溶液。其中0<x<3,0<y<0.7。
[0041] (2)将上述制备好的C小球取适量超声分散于乙醇溶剂中，在此分散液中再加入上 述配置好的混合溶液。磁力揽拌器揽拌30~60min，超声30~60min，混合均匀。
[0042] 其中球的质量与溶剂体积之比为75mg: (5~15ml)，C小球分散液与混合溶液比为 1:1。
[0043] (3)将上述揽拌均匀的混合溶液转移至50ml的高压反应蓋中置于160°C的溫度环 境下水热反应化。反应结束后，冷却到室溫，离屯、分离出固相物，再将其固相物离心洗涂，在 80°C溫度下烘干，得到一种实屯咐料Ce〇2:化37孔3+@C。
[0044] 其中离屯、转速为7000~8000r/min，离屯、时间5~lOmin。
[004引（4)将上述得到的实屯、材料Ce02:化37Yb3+@C经高溫般烧，得到空屯、结构染料敏化 太阳能电池光阳极材料Ce化:Er37孔。
[0046] 其中般烧溫度为500~1100°C，时间为1~4h，般烧升溫速率为1~10°C/min。
[0047] 二、产物表征
[0048] 图1展示了本发明制备的空屯、结构复合材料Ce化:Er37化的场发射透射电镜TEM 图，从图中可W看出此材料为空屯、球，尺寸在300~400nm之间。
[0049] 图2展示了本发明制备的空屯、结构复合材料Ce〇2:化37Yb3+的场发射扫描电镜图 SEM，从图中可W看出此材料为空屯、球，放大倍数：X 60000，形貌均一。
[0050] 图3展示了本发明制备的空屯、结构复合材料Ce〇2:化37Yb3+和空屯、结构复合材料 Ce〇2的X射线衍射XRD图