一种染料敏化太阳能电池光阳极的制备方法及其应用
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种染料敏化太阳能电池光阳极的制备方法及其应用。
【背景技术】
[0002]传统染料敏化太阳能电池对近红外光区的能量利用少，使得电池的吸收光谱与太阳光谱不匹配，限制了电池效率的提升。
[0003]稀土上转换材料能够利用近红外光，并将其转换成可见光，因此将稀土上转换材料用于染料敏化太阳能电池中能够将电池的光响应范围扩大到近红外区，提高电池对太阳光的利用率，从而提高电池的光电转换效率。但是，由于上转换粉体的导电性较差，将其用于染料敏化太阳能电池当中会充当光生载流子的复合中心，严重的界面复合反应会阻碍电子的传输，减小光电流，使得电池的光电转换效率下降。
【发明内容】
[0004]本发明是为了解决现有技术制备的染料敏化太阳能电池对近红外光区能量利用少和界面光生载流子的复合造成的电池效率低的问题，而提供了一种染料敏化太阳能电池光阳极的制备方法及其应用。
[0005]—种染料敏化太阳能电池光阳极的制备方法具体是按以下步骤进行的:
[0006]—、将Yb203和Ho 203混合，得到混合物，将混合物加入到ΗΝ0 3中，然后在温度为50°C?90 °C的条件下加热溶解15min?45min，然后在温度90°C?150 °C的条件下烘干4h?10h，得到Yb (N03) 3和Ho (NO 3) 3;所述Ho 203与Yb 203摩尔比为1: (40?100);所述混合物的质量与ΗΝ03的体积比为lg: (1?7)mL ;
[0007]二、将順4册2溶于去离子水中，得到NH 4册2溶液；将步骤一得到的Yb (NO 3) 3和Ho (N03) 3溶于去离子水中，得到混合液；然后以50滴/min?80滴/min的速度将混合液滴入到順4册2溶液中，混合完全后采用HF调节pH值为1?7，得到合成产物；将合成产物转移到水热爸中进行水热反应，水热温度为150°C?200°C，水热时间为12h?24h，水热完毕后得到水热产物，将水热产物自然冷却至室温，然后以3000rpm?15000rpm的速度进行离心分离，得到白色沉淀物，将白色沉淀物先采用去离子水洗涤2?5次，再采用无水乙醇清洗2?5次，得到清洗后沉淀物，将清洗后沉淀物置于温度为100°C的真空干燥箱中干燥lh?5h后，再置于温度为300°C?600°C的马弗炉中煅烧0.5h?4h，自然冷却至室温，得到上转换YbF3-Ho纳米颗粒；所述順4册2的质量与去离子水的体积比为lg: (10?50)mL ;
[0008]三、将步骤二得到的上转换YbF3_Ho纳米颗粒与Ti02混合，然后置于温度为100°C?600°C的马弗炉中煅烧0.5h?5h，自然冷却至室温，得到YbF3_Ho/Ti02异质结构上转换粉体；所述步骤二得到的上转换YbF3-Ho纳米颗粒与Ti02的质量比为1: (3?20);
[0009]四、将步骤三得到的￥&匕-!10/1102异质结构上转换粉体、乙基纤维素、松油醇和乙醇均匀混合搅拌，制成浆料，使用250目丝网对浆料进行丝网印刷，以1°C /min的升温速率将温度从室温升至200°C?700°C，然后在200°C?700°C的温度下保温0.5h?5h，得到染料敏化太阳能电池光阳极；所述步骤三得到的YbF3-Ho/Ti02异质结构上转换粉体与乙基纤维素的质量比为1: (0.1?0.5);所述步骤三得到的YbF3-Ho/Ti0j^质结构上转换粉体与松油醇的质量比为1: (2?7);所述步骤三得到的YbF3-Ho/Ti02异质结构上转换粉体与乙醇的质量比为1: (2?5)。
[0010]—种染料敏化太阳能电池光阳极的应用是将染料敏化太阳能电池光阳极作为阳极用于制备异质结构的上转换光阳极染料敏化太阳能电池；所述异质结构的上转换光阳极染料敏化太阳能电池的光电转换效率为8.2%?8.4%;所述异质结构的上转换光阳极染料敏化太阳能电池的短路电流为19.4mAcm2?20.2mAcm 20
[0011]本发明的有益效果:
[0012]本发明制备了一种染料敏化太阳能电池光阳极，制备方法简单。采用本发明制备的染料敏化太阳能电池光阳极制备得到的异质结构的上转换光阳极染料敏化太阳能电池与传统的光阳极染料敏化电池相比有以下优势:
[0013]1、对近红外光产生了光电响应，提高了电池对太阳光的利用率。
[0014]2、YbF3-Ho上转换纳米颗粒能够通过YbF3_Ho与Ti02的异质界面直接将激发态电子注入Ti02导带中，提高电池的短路电流；
[0015]3、经YbF3-Ho/Ti02异质结构粉体上转换成的可见光能够被敏化剂N719吸收利用，提尚电池的短路电流；
[0016]4、这种异质结构的YbF3-Ho/Ti0j〖够促进Ti02中光生电子-空穴的分离，延长电子寿命，有利于电池光电性能的提尚。
[0017]5、YbF3_Ho/Ti02异质结构粉体的以上优势使得这种基于YbF3-Ho/Ti02异质结构上转换纳米粉体的光阳极组成的染料敏化太阳能电池具有较小的传输电阻，有利于电子的快速传输；电池中光生电子的寿命增加，使得电池的光电转换效率相对于现有Ti02P25光阳极电池提尚了 27%，短路电流提尚了 28%。
【附图说明】
[0018]图1为实施例一步骤三中得到的YbF3-Ho/Ti02异质结构上转换粉体的扫描电镜图；
[0019]图2为实施例一步骤三中得到的YbF3-Ho/Ti02异质结构上转换粉体的透射电镜图；
[0020]图3为实施例一步骤三中得到的YbF3-Ho/Ti02异质结构上转换粉体分别在乙醇和N719乙醇溶液中的荧光光谱曲线对比图，其中1为在乙醇中的荧光光谱曲线，2为在N719乙醇溶液中的荧光光谱曲线；
[0021]图4为未经敏化剂N719敏化的Ti02P25光阳极染料敏化太阳能电池与未经敏化剂N719敏化的实施例二得到的异质结构的上转换光阳极染料敏化太阳能电池的短路电流与开路电压对比曲线，其中1为未经敏化剂N719敏化的实施例二得到的异质结构的上转换光阳极染料敏化太阳能电池，2为未经敏化剂N719敏化的的Ti02P25光阳极电池；
[0022]图5为Ti02P25光阳极电池与实施例二得到的异质结构的上转换光阳极染料敏化太阳能电池的瞬态光谱对比曲线，其中1为实施例二得到的异质结构的上转换光阳极染料敏化太阳能电池，2为Ti02P25光阳极染料敏化太阳能电池；
[0023]图6为Ti02P25光阳极染料敏化太阳能电池与实施例二得到的异质结构的上转换光阳极染料敏化太阳能电池的开路电压衰减对比曲线，其中1为实施例二得到的异质结构的上转换光阳极染料敏化太阳能电池，2为Ti02P25光阳极染料敏化太阳能电池；
[0024]图7为光照条件下Ti02P25光阳极染料敏化太阳能电池与实施例二得到的异质结构的上转换光阳极染料敏化太阳能电池的交流阻抗对比图谱，其中1为实施例二得到的异质结构的上转换光阳极染料敏化太阳能电池，2为Ti02P25光阳极染料敏化太阳能电池；
[0025]图8为Ti02P25光阳极染料敏化太阳能电池与实施例二得到的异质结构的上转换光阳极染料敏化太阳能电池在模拟1.5G太阳光的条件下下的短路电流与开路电压对比曲线，其中1为实施例二得到的异质结构的上转换光阳极染料敏化太阳能电池，2为Ti02P25光阳极染料敏化太阳能电池。
【具体实施方式】
[0026]【具体实施方式】一:本实施方式的一种染料敏化太阳能电池光阳极的制备方法具体是按以下步骤进行的:
[0027]—、将Yb203和Ho 203混合，得到混合物，将混合物加入到ΗΝ0 3中，然后在温度为50°C?90 °C的条件下加热溶解15min?45min，然后在温度90°C?150 °C的条件下烘干4h?10h，得到Yb (N03) 3和Ho (NO 3) 3;所述Ho 203与Yb 203摩尔比为1: (40?100);所述混合物的质量与ΗΝ03的体积比为lg: (1?7)mL ;
[0028]二、将順4册2溶于去离子水中，得到NH 4册2溶液；将步骤一得到的Yb (NO 3) 3和Ho (N03) 3溶于去离子水中，得到混合液；然后以50滴/min?80滴/min的速度将混合液滴入到順4册2溶液中，混合完全后采用HF调节pH值为1?7，得到合成产物；将合成产物转