专利名称：一种用于太阳能电池的材料的制作方法
—种用于太阳能电池的材料技术领域
本发明属于太阳能电池材料领域，具体地涉及一种高可见光活性的Er3+ = YAlO3/TiO2复合膜和Er3+ = Yba2Ya79NaiFaiAlO2VTiO2复合膜的制备并将其应用在太阳能电池的电极材料中。
背景技术：
随着全球经济的发展和人口的急剧增加，人类对能源的需求飞速增长，由此引发的能源危机和环境污染成为亟待解决的严重问题。一方面，目前世界能源供应主要依靠煤炭，石油，天然气等化石能源，这些化石能源本质是数万年前甚至更长时间经沧海桑田的变化而演化成今天地球上的能源矿藏，经历人类近百年的消耗已经不可逆转地走向枯竭。据世界能源委员会预测，石油将在43年后枯竭，天然气将在66年后用尽，资源量最大的煤炭也只够使用169年。另一方面，化石能源的开发和利用会造成严重的环境污染与生态破坏，对人类和其它生物的生存环境产生严重的危害。而且化石燃料的开采所造成的环境污染以及燃烧产生的二氧化碳导致的温室效应，极大的改变了人类和其它生物的生存环境，使我们面临前所未有的挑战。因此，找到一种新的能源便显得尤为重要。寻求环境友好、清洁和可再生的绿色能源，例如:太阳能、风能、生物能、水能、氢能和地热能等，已成为了人们广泛关注的焦点。在所有可替代能源中，太阳能丰富、安全、获取方便，因此对太阳能的开发利用特别是对太阳能转化为电能的研究引起了人们的广泛关注。
太阳能是分布最广泛的可再生能源，太阳能占地球总能量99 %以上。据测算，太阳每秒钟释放出的能量相当于燃烧1.28亿吨标准煤所放出的能量，每年辐射到地球表面的能量约为17万亿千瓦时，相当于目前全世界一年能源总消耗量的3.5万倍；另外，与其它能源相比，太阳能具有不受地理条件限制、安全、高效、清洁、低成本等优势。因此，无论是从现实需求，还是从未来的发展潜力来看，在各类可再生能源中，太阳能都是世界各国予以开发利用的首选。美国、日本、德国等国家都颁布了相应的法律法规，鼓励使用太阳能等可再生能源。我国是世界上能源消费增长最快的国家，也是S02，NO, CO2排放大国，环境污染的压力愈来愈大。
以太阳能光伏技术为支撑的太阳能利用正在给人类的能源消费结构带来革命性的变化。2008年的奥运会，北京成为我国在太阳能应用方面的最大展示窗口，“新奥运”充分体现“环保奥运、节能奥运”的新概念，奥运会场馆周围80 9T90 %的路灯利用太阳能光伏发电技术。太阳能电池是当前世界开发和利用太阳能的一种普遍形式，具有不消耗燃料，不受地域限制，规模可灵活组合，无污染，无噪音，安全可靠，维护简单，建设周期短等优点，最具有大规模应用的可能性，它是利用光伏效应将太阳能转换成电能以供给用户使用。太阳能电池是全球增长最快的高技术产业之一，其生产量已由1971年始的100 KW，按每年10 %的速度增加至今。太阳能电池的应用范围非常广泛，应用领域包括农村电气化、交通、通信、石油、气象、国防等。光伏电源系统解决了许多农村学校、医疗所、家庭照明、电视等用电，对发展边远贫困地区的社会经济和文化发挥了十分重要的作用。我国西藏有7个无电县城采用光伏电站供电，社会经济效益非常显著。
目前，市场上比较常见的是硅太阳能电池，它的最高转化效率可达到25 %左右。但制作工艺复杂，成本昂贵等缺点限制了它进一步的商业化和广泛使用。经过长时间的探索，纳米TiO2半导体因具有较大的禁带宽度和稳定的耐光腐蚀性而被认为是极具潜力的太阳能电池的光电极材料。因此，进入二十一世纪以来，纳米TiO2太阳能电池的研究成为热点。然而，纳米TiO2组装的电极由于禁带宽度较大(锐钛矿型纳米TiO2的禁带宽度为3.12eV)，只能吸收紫外光，对只含有不到5 %紫外光的太阳能的利用率较低，导致其光电转换效率较低，所以单独使用纳米TiO2组装电极存在严重弊端。发明内容
为了解决纳米TiO2作为太阳能电池组装电极的首选催化剂光催化效率不高，且必须采用波长小于387 nm的紫外光照射的问题，本发明的目的之一是提供一种能够将可见光和红外光的上转换紫外发光材料Er3+ = YAlO3与TiO2复合，制备Er3+: YA103/Ti02复合膜用于制作太阳能电池的电极材料。
本发明的另一目的是采用掺杂的方法对上转换紫外发光材料Er3+ = YAlO3进行改进，制备Er3+: Yb0.2Y0.79N0.扎AlO2VTiO2复合膜用于制作太阳能电池的电极材料。
本发明采用的技术方案是:一种用于太阳能电池的材料，将上转换紫外发光材料与TiO2的复合膜用于制作太阳能电池的电极材料。
上述的一种用于太阳能电池的材料，所述的上转换紫外发光材料为Er3+ = YAlO3或Er3+H9NaiFaiAlO2T 所述的复合膜中 Er3+ = YAlO3 或 Er3+ = Yba2Ya79NaiFaiAlC^8 与的TiO2质量比为1:9 3:7。
Er3+:YA103/Ti02复合膜的制备方法如下: 1)制备Er3+:YA103/Ti02复合溶胶:取质量比为1:9 3:7的Er3+= YAlO3纳米粉末和TiO2溶胶，搅拌均匀，静置，得到目标产物Er3+:YA103/Ti02复合溶胶； 2)制备Er3+:YA103/Ti02复合膜:将导电玻璃片垂直浸入上述的Er3+:YA103/Ti02复合溶胶中，静置1.0分钟后，以0.6 cm *s 1的提拉速度将导电玻璃片匀速平稳地从Er3+:YA103/TiO2复合溶胶中取出干燥，得一层复合膜，重复浸溃，提拉，干燥，得多层复合膜，将复合膜在30(T600 ° C下加热30 60分钟，冷却，得到￡1'3+:￥4103/1102复合膜。
上述的Er3+:YA103/Ti02复合膜的制备方法，所述的Er3+ = YAlO3纳米粉末的制备方法如下:按化学分子式Er3+ = YAlO3中各元素配比换算成Er203、Y2O3和Al (NO3)3 9H20取料，将Er2O3和Y2O3溶于浓硝酸中，磁力搅拌并加热直至无色透明，得A液；然后按比例称取Al(NO3)3 *9H20和柠檬酸，用蒸馏水溶解，柠檬酸与稀土离子的摩尔比为3:1，得B液；室温，搅拌下慢慢将B液加入到A液中，然后在5(T60 ° C下搅拌f 2小时得到溶胶，80 ° C下加热32 38小时，得到凝胶，将得到的凝胶在500 ° C下加热50分钟后，升温至1100 ° C煅烧120分钟，得到Er3+ = YAlO3纳米粉末。
Er3+ = Yba2Ya79NaiFaiAlO2VTiO2 复合膜的制备方法如下: l)Er3+:Yb0.2Y0.79N0.1F0.1A102. 8/Ti02 复合溶胶的制备:取质量比为 1: 9 3:7 的Er3+:Yb0.2Y0.79N0.1F0.1A102.8纳米粉末和TiO2溶胶，搅拌均勻，静置，得到目标产物Er3+ = Yba2Ya79NaiFaiAlO2VTiO2 复合溶胶；2)Er3+: Yb0.2Y0.79N0.凡AlO2.8/Ti02复合膜的制备:将导电玻璃片垂直浸入上述的Er3+: Yb0.2Y0.79N0.1F0.1A102.8/Ti02复合溶胶中，静置1.0分钟后，以0.6 cm s 1的提拉速度将导电玻璃片匀速平稳地从Er3+ = Yba2Ya79NaiFaiAlO2VTiO2复合溶胶中取出干燥，得一层复合膜，重复浸溃，提拉，干燥，得多层复合膜，将复合膜在300 60() ° C下加热3(T60分钟，冷却，得到 Er3+: Yb0.2Y0.79N0.1F0.1A102.8/Ti02 复合膜。
上述的Er3+ = Yba2Ya79NaiFci lAlO2 8ZtiO2 复合膜的制备方法，所述的Er3+ = Yba2Ya79NaiFaiAlOu纳米粉末的制备方法为:按化学分子式Er3+ = Yba2Ya79NaiFaiAlO2VTiO2 中各元素配比换算成 Er2O3' Yb2O3' Y2O3' Al (NO3)3 9H20、尿素和氢氟酸质量比取料，将Er203、Yb2O3和Y2O3溶于浓硝酸中，再向溶液中加入尿素和氢氟酸溶液，磁力搅拌并加热直至无色透明，得A液；然后按比例称取Al (NO3)3 *9H20和柠檬酸，用蒸馏水溶解，柠檬酸与稀土离子的摩尔比为3:1，得B液；室温，搅拌下慢慢将B液加入到A液中，然后在5(T60 ° C下搅拌f 2小时得到溶胶，80 ° C下加热32 38小时，得到凝胶，将得到的凝胶在500 ° C下加热50分钟后，升温至1100 ° C煅烧120分钟，得到Er3+: Yb0.2Y0.79N0.凡 AlO2.8 纳米粉末。
Er3+: ￥八103/!102复合膜作为太阳能电池高效利用太阳能的原理如下:众所周知，太阳光中含有45 %的可见光和50 %的红外光，但只含有不到5 %的紫外光。当可见光直接照射打02时，由于带宽较宽(Eg = 3.20 eV)，太阳光中的可见光不能有效激发TiO2粒子产生电子-空穴对。但是，当可见光照射到上转换紫外发光材料Er3+ = YAlO3后，由于Er3+ = YAlO3在可见光照射下，基态光子能够把电子逐级激发到更高的能级，然后这些光子再跃迁回基态后，发射出高能量的紫外光，这些紫外光能有效地激发Er3+: YAlO3纳米粒子周围的TiO2粒子，经过激发的TiO2价带(VB)上的电子可以传递到导带(CB)上，从而形成具有高能量的电子-空穴对。本发明还利用宽波段光谱吸收上转换紫外发光材料Er3+= Yba2Ya 79N0.Ja AlO2.8，可以最大限度地把太阳光中的红外光和可见光转变成TiO2可以利用的紫外光。基于此原理来制备高效太阳能电池的Er3+:YAlO3AiO2和Er3+H9NaiFaiAlCWTiO2复合膜材料。
本发明的有益效果: 本发明制备的Er3+: YA103/Ti02复合膜，性质稳定，制作简单，与单纯的TiO2薄膜太阳能电池相比，对可见光利用的光量子效率明显提高。相比于传统的TiO2薄膜太阳能电池，本发明中Er3+:YA103/Ti02复合膜制作的太阳能电池最值得关注的是由于有上转换紫外发光材料Er3+ = YAlO3的加入 ，使TiO2复合膜的太阳能利用效率大幅度提高。特别是不同元素掺杂的上转换紫外发光材料Er3+ = Yba2Ya79NaiFaiAlC^8与TiO2形成的复合膜具有更高的太阳能利用效率，作为一种高效利用太阳能的太阳能电池材料，Er3+: Yb0.2Y0.79N0.凡AlO2.8/Ti02复合膜将具有广泛的应用前景。
: 图1.Er3+:YA103 (Er:YAP)纳米粉末与 Er3+: YA103/Ti02 (Er:YAP/Ti02)复合膜的 XRD。图 2.Er3+ = Ybci 2Yci 79Nci lFtl lAlO2 8 (Er:Yb, N, F-doped-YAP)纳米粉末与Er3+ = Yba2Ya79AlNaiFaiO2VTiO2 (Er:Yb, N，F-doped_YAP/Ti02)复合膜的 XRD。
图3.采用不同￡1'3+:￥4103和1102质量获得的￡1'3+:￥4103/1102复合膜在可见光照射下产生的电流与电压(a: TiO2; b: (1:9) Er3+:YAlO3AiO2; c: (3:7) Er3+:YAlO3AiO2.) 图4-1.300° C灼烧温度获得的Er3+:YA103/Ti02复合膜在可见光照射下产生的电流与电压(a: Ti02; b: (3:7)Er3+:YA103/Ti02.);图 4-2.500 ° C 灼烧温度获得的Er3+:YA103/Ti02复合膜在可见光照射下产生的电流与电压(a: Ti02; b: (3:7)Er3+:YA103/Ti02.)。
图5-1.灼烧时间为30 min获得的Er3+:YA103/Ti02复合膜在可见光照射下产生的电流与电压(a: Ti02; b: (3:7)Er3+:YA103/Ti02.);图 5-2.灼烧时间为 60 min 获得的Er3+:YA103/Ti02复合膜在可见光照射下产生的电流与电压(a: Ti02; b: (3:7)Er3+:YA103/Ti02.)。
图6-1.Er3+:YA103/Ti02复合膜在30W的可见光照射下产生的电流与电压(a: Ti02;b: (3:7) Er3+:YA103/Ti02.);图 6-2.Er3+:YA103/Ti02 复合膜在 90W 可见光照射下产生的电流与电压(a: Ti02; b: (3:7)Er3+:YA103/Ti02.)。
图7-1.—层的Er3+:YA103/Ti02复合膜在可见光照射下产生的电流与电压(a:Ti02; b: (3:7)Er3+:YA103/Ti02.);图 7-2.二层的 Er3+:YA103/Ti02 复合膜在可见光照射下产生的电流与电压(a: Ti02; b: (3:7)Er3+:YA103/Ti02.) 图8.不同层序的Er3+:YA103/Ti02复合膜在可见光照射下产生的电流与电压(a:两层TiO2; b:第一层 Er3+ = YAlO3 与 TiO2 质量比为 3:7 的 Er3+:YA103/Ti02，第二层 TiO2; c:第一层 TiO2,第二层 Er3+ = YAlO3 与 TiO2 质量比为 3:7 的 Er3+:YA103/Ti02。
图9.采用不同掺杂元素获得的Er3+: Yb0.2Y0.79N0.1F0.#102.8/Ti02复合膜在可见光照射下产生的电流与电压(a: TiO2; b: (3:7) Er3+:YAlO3AiO2; c: (3:7)Er3+ = Yba2YAlNaiFaiN2VTiO2.)。
具体实施方式
实施例1 ￡1'3+:￥4103/1102复合膜和Er3+: Yba2Ya79Na扎#102.8/1102复合膜的制备 1、TiO2膜和Er3+:YA103/Ti02复合膜的制备 (一)上转换紫外发光材料Er3+:YA103纳米粉末的制备 用电子天平称取0.0012 g三氧化二铒(Er2O3)粉末和0.6820 g三氧化二钇(Y2O3)粉末加入到25 mL浓硝酸中，磁力加热搅拌直至无色透明，得A液；称取2.2658 g硝酸铝(Al (NO3) 3 9H20)和 7.6162 g 柠檬酸(C6H8O7 H2O),用 100 mL 蒸馏水溶解，得 B 液。室温搅拌下将B液慢慢加入到A液中；然后升温至50 ° C，磁力搅拌反应2小时，当溶液呈粘稠状时停止，最终得到发泡黏胶状溶液，将反应后溶液放入烘箱，恒温80 ° C加热36小时得到凝胶，充分研磨后将得到的凝胶干粉在马弗炉中500 ° C加热50分钟，然后升温至1100 ° C，煅烧120分钟，最后，从马弗炉中取出烧结的物质，在空气中冷却至室温，研磨得到Er3+ = YAlO3纳米粉末。
(二)TiO2溶胶和Er3+:YA103/Ti02复合溶胶的制备 将10 mL钛酸四丁酯溶于30 mL乙醇后，逐滴加入10 mL乙醇、0.9 mL蒸馏水和1.4 mL冰醋酸的混合溶液，搅拌2.0小时，得到TiO2溶胶。
按Er3+: YAlO3和TiO2质量比为3:7，将Er3+: YAlO3纳米粉末加入到TiO2溶胶中，搅拌1.0小时，静置1.0小时，得到质量比为3:7的Er3+: YA103/Ti02复合溶胶。
按Er3+: YAlO3和TiO2质量比为1:9，将Er3+: YAlO3纳米粉末加入到TiO2溶胶中，搅拌1.0小时，静置1.0小时，得到质量比为I:9的Er3+: YAlO3AiO2复合溶胶。
(三)TiO2膜和Er3+:YA103/Ti02复合膜的制备 导电玻璃片先用水清洗，接着在乙醇中用超声波清洗处理，将导电玻璃片分别垂直浸入TiO2溶胶中，静置1.0分钟后，以0.6 cm* s 1的提拉速度将导电玻璃片取出，干燥后，得到镀有I层TiO2的膜，重复浸溃，提拉，干燥，得到的镀有2层TiO2的膜，将镀有I层TiO2膜的导电玻璃片和镀有2层TiO2膜的导电玻璃片分别放入马弗炉中，于500 ° C下加热处理60分钟，自然冷却，得到I层TiO2膜和2层TiO2膜。
导电玻璃片先用水清洗，接着在乙醇中用超声波清洗处理，将导电玻璃片分别垂直浸入上述不同质量比的Er3+:YA103/Ti02复合溶胶中，静置1.0分钟后，以0.6 cm* s 1的提拉速度将导电玻璃片取出，干燥后，得到镀有I层Er3+:YA103/Ti02复合膜，重复浸溃，提拉，干燥，得到的镀有2层Er3+:YA103/Ti02复合膜，将I层Er3+:YA103/Ti02复合膜的导电玻璃片和2层Er3+:YA103/Ti02复合膜的导电玻璃片分别放入马弗炉中，于500 ° C下加热处理60分钟，自然冷却，最终得到I层Er3+:YA103/Ti02复合膜和2层Er3+:YA103/Ti02复合膜。
导电玻璃片先用水清洗，接着在乙醇中用超声波清洗处理，将导电玻璃片分别垂直浸入TiO2溶胶中，静置1.0分钟后，以0.6 cm* s 1的提拉速度将导电玻璃片取出，干燥后，得到镀有一层纯TiO2凝胶膜的玻璃片，然后将镀有一层纯TiO2凝胶膜的导电玻璃片再浸入到Er3+ = YAlO3与TiO2质量比为3:7的Er3+:YA103/Ti02复合溶胶中，得到第一层是纯TiO2、第二层是Er3+:YA103/Ti02的复合凝胶膜的导电玻璃片，将镀有复合凝胶膜的导电玻璃片放入马弗炉中，于500 ° C下加热处理60分钟，自然冷却，最终得到第一层是纯TiO2、第二层是 Er3+ = YAlO3 与 TiO2 质量比为 3:7 ^ Er3+:YAlO3AiO2 的复合膜。
(H)Er3+: YAlO3纳米粉末和￡产:￥4103/1102复合膜的XRD分析 用X-射线粉末衍射仪测定 的Er3+: YAlO3纳米粉末和I层Er3+:YA103/Ti02复合膜的XRD如图1所示。Er3+: YAlO3AiO2复合膜的XRD中出现了 Er3+ = YAlO3纳米粉末X-射线粉末衍射峰，Er3+:YAlO3AiO2复合膜的特征峰与Er3+ = YAlO3的XRD标准峰位相比有微小的变化。另夕卜，在Er3+: ￥么103/!102复合膜的XRD中有一个新峰出现在2 0 = 25.5°，这是锐钛型TiO2的特征峰，并且Er3+= YAlO3的峰都变弱，这表明Er3+:YA103/Ti02复合膜中含有Er3+ = YAlO3和TiO2并复合的较好。2> Er3+: Yb0.2Y0.79N0.1F0.1A102.8/Ti02 复合膜的制备(一)上转换紫外发光材料Er3+: Yb0.2Y0.79N0.1F0.1A102.8纳米粉末的制备用电子天平称取0.0105 g三氧化二铒(Er2O3)粉末、0.2170 g三氧化二镱(Yb2O3)和0.4912g三氧化二钇(Y2O3)粉末加入到25 mL浓硝酸中，再向溶液中加入0.0165 g尿素(CO(NH2)2)和0.016ml HF (40 %)溶液，磁力加热搅拌直至无色透明，得A液；称取2.066 g硝酸铝(Al (NO3) 3 9H20)和6.9441g柠檬酸(C6H8O7 H2O),用100 mL蒸馏水溶解，得B液；室温，搅拌下将B液慢慢加入到A液中；然后升温至50 ° C，磁力搅拌反应2小时，当溶液呈粘稠状时停止，最终得到发泡黏胶状溶液，将反应后溶液放入烘箱，恒温80 ° C加热36小时，得到凝胶，充分研磨后将得到的凝胶干粉在马弗炉中500 ° C加热50分钟，然后升温至1100 ° C，煅烧120分钟，最后，从马弗炉中取出烧结的物质，在空气中冷却至室温，研磨得到 Er3+ = Yba2Ya79NaiFaiAlOn 纳米粉末。
(二) Er3+: Yba2Ya79NaiFaiAlO2VTiO2 复合物溶胶的制备 将10 mL钛酸四丁酯溶于30 mL乙醇后，逐滴加入10 mL乙醇、0.9 mL蒸馏水和1.4 mL冰醋酸的混合溶液，搅拌2.0小时，得到TiO2溶胶。
按Er3+:Yb0.2Y0.79N0.1F0.!AlO2.8 和 TiO2 质量比为 3:7，将 Er3+H9NaiFaiAlC^8纳米粉末加入到TiO2溶胶中，搅拌1.0小时，静置1.0小时，得到质量比为3:7的Er3+:Yb0.2Y0.T9N0.!F0.AlO2.8/Ti02 复合物溶胶。
按Er3+:Yb0.2Y0.79N0.1F0.!AlO2.8 和 TiO2 质量比为 1:9，将 Er3+H9NaiFaiAlC^8纳米粉末加入到TiO2溶胶中，搅拌1.0小时，静置1.0小时，得到质量比为1:9的Er3+:Yb0.2Y0.T9N0.!F0.AlO2.8/Ti02 复合物溶胶。
(三)Er3+:Yba2Ya79NaiFaiAlO2VTiO2 复合膜的制备 导电玻璃片先用水清洗，接着在乙醇中用超声波清洗处理，将导电玻璃片分别垂直浸入上述的Er3+:Yb0.2Y0.79N0.1F0.1A102.8/Ti02复合溶胶中，静置1.0分钟后，以0.6 cm s 1的提拉速度将导电玻璃片取出，干燥后，得到的镀有一层Er3+: Ybtl.2Y0.79N0.1F0.AlO2.8/Ti02复合凝胶膜的导电玻璃片，重复浸溃，提拉，干燥，得到的镀有二层Er3+:YA103/Ti02复合凝胶膜的导电玻璃片，将镀有一层Er3+ = Yba2Ya79NaiFaiAlO2VTiO2复合凝胶膜的导电玻璃片和镀有二层Er3+ = Yba2Ya79NaiFaiAlO2VTiO2复合凝胶膜的导电玻璃片分别放入马弗炉中，于500° C下加热处理60分钟，自然冷却，得到一层Er3+ = Yba2Ya79NaiFaiAlO2VTiO2复合膜和二层Er3+: Yb0.2Y0.79N0.凡AlO2.8/Ti02复合膜的导电玻璃片。
(四)Er3+:Yb0.2Y0.79N0.1F0.1A102.8纳米粉末和 Er3+ = Yba2Ya79NaiFaiAlO2VTiO2 复合膜的XRD分析 用X-射线粉末衍 射仪测定的Er3+= Yba2Ytl.7具扎4102.8纳米粉末和I层Er3+ = Yba2Ya79NaiFaiAlO2VTiO2 复合膜的 XRD 如图 2 所示。Er3+ = Yba2Ya79NaiFaiAlQ2VTiO2复合膜的XRD中出现了 Er3+: Yb0.2Y0.79N0.扎^102.8纳米粉末X-射线粉末衍射峰。Er3+:Yb0.2Y0.79N0.1F0.1A102.8/Ti02复合膜的特征峰与Er3+: YAlO3的XRD标准峰位相比有微小的变化。另外，在Er3+: Yba2Ya79NaiFaiAlO2VTiO2M合膜的XRD中有一个新峰出现在2 0 =25.5°，这是锐钛型TiO2的特征峰，并且Er3+: Yba2Ya79NaiFaiAlO2^的峰都变弱，这表明Er3+: Yba2Ya79NaiFaiAlO2VTiO2 复合膜中含有 Er3+: Yba2Ya79NaiFaiAlO^8 和 TiO2 并复合的较好。
实施例2不同条件制备的Er3+:YA103/Ti02复合膜用于TiO2太阳能电池的性能比较 1、不同质量比的Er3+:YA103/Ti02复合膜用于TiO2太阳能电池的性能对比实验条件:分别取质量比为1:9和3:7的一层Er3+:YAlO3AiO2复合膜，将Er3+ = YAlO3/TiO2复合膜电极和石墨电极组装在一起，向两个电极间滴加12/13 -电解质，得到TiO2太阳能电池，在三基色灯(发出可见光)照射下，然后测量电流与电压。作为对照，按同样过程制备一层单层TiO2薄膜的太阳能电池，测量电流与电压。
测量结果如图3所示，一层单纯TiO2薄膜TiO2太阳能电池的电流与电压分别为26PA和0.13 V，一层质量比为1:9的合膜的打02太阳能电池的电流与电压分别为29 PA和0.145 V，一层质量比3:7的Er3+:YA103/Ti02复合膜的TiO2太阳能电池的电流与电压分别为38 ii A和0.19 V。结果表明加入了上转换发光材料Er3+ = YAlO3的TiO2太阳能电池的电流和电压与单纯TiO2太阳能电池相比有了明显的提高，当Er3+: YAlO3和TiO2质量比增大时，太阳能电池电流和电压提高了 45 %以上。
2、不同灼烧温度的Er3+:YA103/Ti02复合膜用于TiO2太阳能电池的性能对比 实验条件:将镀有质量比为3:7的I层Er3+:YA103/Ti02复合膜的导电玻璃片，分别于300 ° C和500 ° C下加热处理60分钟，自然冷却，得到不同灼烧温度的I层Er3+ = YAlO3/TiO2复合膜；将复合膜电极和石墨电极组装在一起，向两个电极间滴加12/13 -电解质，得到TiO2太阳能电池，在三基色灯(发出可见光)照射下，测量电流与电压。作为对照，按同样过程制备一层单纯TiO2薄膜的太阳能电池，测量电流与电压。
测量结果如图4-1和4-2所示，热处理温度为300 ° C的一层纯TiO2太阳能电池的电流与电压分别为20 PA和0.1 V，一层质量比为3:7的Er3+:YA103/Ti02太阳能电池的电流与电压分别为27 ii A和0.135 V。热处理温度为500 ° C的一层纯TiO2太阳能电池的电流与电压分别为26 PA和0.13 V，一层质量比为3:7的Er3+:YA103/Ti02太阳能电池的电流与电压分别为38 PA和0.19 V。结果表明热处理温度为500 ° C的一层Er3+ = YAlO3/TiO2太阳能电池的电流和电压与300 ° C的一层Er3+: YAl03/TiO2太阳能电池相比，电流和电压有了明显的提高。热处理温度为500 ° C的一层单纯TiO2太阳能电池与热处理温度为300 ° C的一层单纯TiO2太阳能电池相比，电流和电压提高了 30%以上。热处理温度为500 ° C的一层Er3+:YA103/Ti02太阳能电池与300 ° C的一层Er3+:YA103/Ti02太阳能电池相比，电流和电压提高了 40 %以上。
3、不同灼烧时间的Er3+:YA103/Ti02复合膜用于TiO2太阳能电池的性能对比 实验条件:将镀有质量比为3:7的I层Er3+:YA103/Ti02复合膜的导电玻璃片，分别于500 ° C下加热处 理30min和60min，自然冷却，得到不同灼烧温度的I层Er3+:YA103/Ti02复合膜；将复合膜电极和石墨电极组装在一起，向两个电极间滴加12/1厂电解质，得到TiO2太阳能电池，在三基色灯(发出可见光)照射下，测量电流与电压。作为对照，按同样过程制备一层单纯TiO2薄膜的太阳能电池，测量电流与电压。
测量结果如图5-1和5-2所示，灼烧时间为30 min的一层纯TiO2太阳能电池的电流与电压分别为21 PA和0.105 V，一层质量比为3:7的Er3+:YA103/Ti(U^电流与电压分别为29 ii A和0.145 V。灼烧时间为60 min的一层纯TiO2太阳能电池的电流与电压分别为26 PA和0.13 V，一层质量比为3:7的Er3+:YA103/Ti02的电流与电压分别为38 y A和0.19 V。结果表明灼烧时间为30 min的一层Er3+:YA103/Ti02太阳能电池与一层单纯TiO2太阳能电池相比，电流和电压有了明显的提高。灼烧时间为60 min的一层Er3+:YA103/Ti02太阳能电池与一层单纯TiO2太阳能电池相比，电流和电压有了明显的提高。而灼烧时间为60 min的一层单纯TiO2太阳能电池的电流和电压比灼烧时间为30 min的一层单纯TiO2太阳能电池提高了 23 %。灼烧时间为60min的一层Er3+:YA103/Ti02A阳能电池的电流和电压比灼烧时间为30 min的一层Er3+:YA103/Ti02太阳能电池提高了 31 %以上。
实施例3.￡产^103/1102复合膜在TiO2太阳能电池中的应用 1、不同可见光强度照射对太阳能电池性能的影响 实验条件:将一层纯TiO2膜的太阳能电池和一层质量比为3:7的Er3+:YA103/Ti02膜的制作的太阳能电池，分别在I个30 W和3个30 W的三基色灯的照射下，测量电流与电压。
测量结果如图6-1和6-2所示，I个30 W的三基色灯照射的一层纯TiO2太阳能电池的电流与电压分别为18 y A和0.09 V，一层Er3+:YA103/Ti02的太阳能电池的电流与电压分别为29 ii A和0.145 V;3个30 W的三基色灯照射的一层纯TiO2的太阳能电池的电流与电压分别为26 ii A和0.13 V，一层Er3+:YA103/Ti02的太阳能电池的电流与电压分别为38 ii A和0.19 V。结果表明，I个30 W的三基色灯照射的一层Er3+:YA103/Ti02的太阳能电池与一层单纯TiO2的太阳能电池相比，电流和电压有了明显的提高；3个30 W的三基色灯照射的一层Er3+:YA103/Ti02的太阳能电池与一层单纯TiO2的太阳能电池相比，电流和电压有了明显的提高；3个30 W的三基色灯照射的一层Er3+:YA103/Ti02的太阳能电池的电流和电压比I个30 W的三基色灯照射的一层Er3+:YA103/Ti02的太阳能电池提高了 31 %以上；3个30 W的三基色灯照射的一层单纯TiO2的太阳能电池的电流和电压比I个30 W的三基色灯照射的一层单纯TiO2太阳能电池的电流和电压提高了 44 %。
2、不同层数的Er3+: YA103/Ti02复合膜对太阳能电池性能的影响 实验条件:分别取一层单纯TiO2膜和一层Er3+: YA103/Ti02复合膜以及两层单纯TiO2膜和两层Er3+:YA103/Ti02复合膜，制作太阳能电池，在三基色灯(发出可见光)照射下，测量电流与电压。
测量结果如图7-1和7-2所示，一层纯TiO2的太阳能电池的电流与电压分别为26PA和0.13 V，一层Er3+:YA103/Ti02的太阳能电池的电流与电压分别为38 yA和0.19 V，两层单纯TiO2的太阳能电池的电流与电压分别为29 PA和0.145 V，两层Er3+: YA103/Ti02的太阳能电池的电流与电压分别为41 ii A和0.205 V。结果表明，一层Er3+:YA103/Ti02的太阳能电池与一层单纯TiO2太阳能电池相比，电流和电压有了明显的提高；两层Er3+ = YAlO3/TiO2的太阳能电池与两层单纯TiO2的太阳能电池相比，电流和电压有了明显的提高；而两层单纯TiO2的太阳能电池的电流和电压比一层单纯TiO2的太阳能电池的电流和电压提高了 11 %以上，两层Er3+:YA103/Ti02的太阳能电池的电流和电压比一层Er3+:YA103/Ti02的太阳能电池提闻了 8 %以 上。
3、不同层序的Er3+: YA103/Ti02复合膜对太阳能电池性能的影响 实验条件:分别取两层单纯TiO2膜，第一层是Er3+: YAlO3与TiO2质量比为3:7的Er3+:YA103/Ti02、第二层是纯TiO2的复合膜和第一层是纯TiO2、第二层是Er3+ = YAlO3与TiO2质量比为3:7的Er3+:YA103/Ti02的复合膜，第一层靠近石墨电极，第二层接受光照，制作太阳能电池，在三基色灯(发出可见光)照射下，测量电流与电压。
测量结果如图8所示，两层单纯TiO2膜太阳能电池的电流与电压分别为29 和0.145 V，第一层是￡1'3+:￥4103/1102膜、第二层是打02膜的太阳能电池的电流与电压分别为34 PA和0.17 V，第一层是打02膜，下层(第二层)是Er3+:YA103/Ti02膜的太阳能电池的电流与电压分别为38 UA和0.19 V。结果表明某一层加入了上转换发光材料的太阳能电池与两层单纯TiO2太阳能电池相比，电流和电压有了明显的提高。第一层是纯TiO2，第二层是Er3+:YAlO3AiO2的太阳能电池与两层单纯TiO2的太阳能电池相比，电流和电压提高了 31 %以上，与第一层是Er3+:YA103/Ti02，第二层是纯TiO2的太阳能电池相比，电流电压比提高了12 %以上。
实施例4.Er3+ = Yba2Ya79NaiFaiAlO2VTiO2复合膜在TiO2太阳能电池中的应用分别取单纯TiO2膜、Er3+IYAlO3与TiO2质量比为3:7的Er3+:YAlO3AiO2复合膜和Er3+: Yb0.2Y0.79N0.凡 AlO2.8 与 TiO2 质量比为 3:7 的 Er3+: Yb0.2Y0.79N0.扎典.8/Ti02 复合膜。将复合膜电极和石墨电极组装在一起，向两个电极间滴加12/13 ■电解质，分别得到三种TiO2太阳能电池，在三基色灯(发出可见光)照射下，测量电流与电压。
结果如图9所示，单纯1102膜的太阳能电池的电流与电压分别为26 PA和0.13 V，Er3+:YA103/Ti02复合膜的太阳能电池的电流与电压分别为38 y A和0.19 V，Er3+ = Yba2Ya79NaiFaiAlO2VTiO2复合膜的太阳能电池的电流与电压分别为57 y A和0.285V。结果表明加入了上转换发光材料Er3+ = YAlO3的TiO2太阳能电池与单纯TiO2太阳能电池相比，电流和电压有了明显的提高，而掺杂不同元素的Er3+ = Yba2Ya79NaiFaiAlO2VTiO2复合膜的太阳能电池与单纯TiO2的太阳能电池以及Er3+:YA103/Ti02复合膜的太阳能电池相比，电流和电压有了进一步 的提闻，分别提闻了 34 %和57 %以上。
权利要求
1.一种用于太阳能电池的材料，其特征在于:将上转换紫外发光材料与TiO2的复合膜用于制作太阳能电池的电极材料。
2.如权利要求1所述的一种用于太阳能电池的材料，其特征在于:所述的上转换紫外发光材料为Er3+:YAlO3或Er3+:Yb0.2Y0.79N0.凡^102.8,所述的复合膜中Er3+:YAlO3或Er3+: Yb0.2Y0.79N0.凡 AlO2.8 与的 TiO2 质量比为 1:9 3:7。
3.权利要求2所述的Er3+:YA103/Ti02复合膜，其特征在于制备方法如下: 1)制备Er3+:YA103/Ti02复合溶胶:取质量比为1:9 3:7的Er3+= YAlO3纳米粉末和TiO2溶胶，搅拌均匀，静置，得到目标产物Er3+:YA103/Ti02复合溶胶； 2)制备Er3+:YA103/Ti02复合膜:将导电玻璃片垂直浸入上述的Er3+:YA103/Ti02复合溶胶中，静置1.0分钟后，以0.6 cm *s 1的提拉速度将导电玻璃片匀速平稳地从Er3+:YA103/TiO2复合溶胶中取出干燥，得一层复合膜，重复浸溃，提拉，干燥，得多层复合膜，将复合膜在30(T600 ° C下加热30 60分钟，冷却，得到￡1'3+:￥4103/1102复合膜。
4.如权利要求3所述的Er3+:YA103/Ti02复合膜的制备方法，其特征在于:所述的Er3+ = YAlO3纳米粉末的制备方法如下:按化学分子式Er3+ = YAlO3中各元素配比换算成Er203、Y2O3和Al (NO3) 3 9H20取料，将Er2O3和Y2O3溶于浓硝酸中，磁力搅拌并加热直至无色透明，得A液；然后按比例称取Al (NO3)3 9H20和柠檬酸，用蒸馏水溶解，柠檬酸与稀土离子的摩尔比为3:1，得B液；室温，搅拌下慢慢将B液加入到A液中，然后在50飞0 ° C下搅拌f 2小时得到溶胶，80 ° C下加热32 38小时，得到凝胶，将得到的凝胶在500 ° C下加热50分钟后，升温至1100 ° C煅烧120分钟，得到Er3+ = YAlO3纳米粉末。
5.权利要求2所述的Er3+=Yba2Ya7其^1AlO2VTiO2复合膜，其特征在于制备方法如下: 1)Er3+:Yb0.2Y0.79N0.1F0.1A102.8/Ti02复合溶胶的制备:取质量比为 1:9 3:7 的Er3+:Yb0.2Y0.79N0.1F0.1A102.8纳米粉末和TiO2溶胶，搅拌均勻，静置，得到目标产物Er3+ = Yba2Ya79NaiFaiAlO2VTiO2 复合溶胶； 2)Er3+: Yb0.2Y0.79N0.凡AlO2.8/Ti02复合膜的制备:将导电玻璃片垂直浸入上述的Er3+: Yb0.2Y0.79N0.1F0.1A102.8/Ti02复合溶胶中，静置1.0分钟后，以0.6 cm s 1的提拉速度将导电玻璃片匀速平稳地从Er3+ = Yba2Ya79NaiFaiAlO2VTiO2复合溶胶中取出干燥，得一层复合膜，重复浸溃，提拉，干燥，得多层复合膜，将复合膜在300 60() ° C下加热3(T60分钟，冷却，得到 Er3+: Yb0.2Y0.79N0.1F0.1A102.8/Ti02 复合膜。
6.如权利要求5所述的Er3+= Yba2Ya79N0.扎^102.8/1102复合膜的制备方法，其特征在于:所述的Er3+: Yb0.2Y0.79N0.凡AlO2.8纳米粉末的制备方法为:按化学分子式Er3+ = Yba2Ya79NaiFaiAlO2VTiO2 中各元素配比换算成 Er2O3' Yb2O3' Y2O3' Al (NO3)3 9H20、尿素和氢氟酸质量比取料，将Er203、Yb2O3和Y2O3溶于浓硝酸中，再向溶液中加入尿素和氢氟酸溶液，磁力搅拌并加热直至无色透明，得A液；然后按比例称取Al(NO3)3 *9H20和柠檬酸，用蒸馏水溶解，柠檬酸与稀土离子的摩尔比为3:1，得B液；室温，搅拌下慢慢将B液加入到A液中，然后在5(T60 ° C下搅拌f 2小时得到溶胶，80 ° C下加热32 38小时，得到凝胶，将得到的凝胶在5 00 ° C下加热50分钟后，升温至1100 ° C煅烧120分钟，得到Er3+: Yb0.2Y0.79N0.凡 AlO2.8 纳米粉末。
全文摘要
本发明公开了一种用于太阳能电池的材料，采用的技术方案如下将上转换紫外发光材料Er3+:YAlO3/TiO2或Er3+:Yb0.2Y0.79N0.1F0.1AlO2.8与TiO2的复合膜用于太阳能电池的电极材料，复合膜中Er3+:YAlO3或Er3+:Yb0.2Y0.79N0.1F0.1AlO2.8与的TiO2质量比为1:9~3:7；采用提拉浸渍法制备Er3+:YAlO3/TiO2复合膜和Er3+:Yb0.2Y0.79N0.1F0.1AlO2.8/TiO2复合膜。本发明制备的Er3+:YAlO3/TiO2复合膜和Er3+:Yb0.2Y0.79N0.1F0.1AlO2.8/TiO2复合膜性质稳定，制作简单，与单纯的TiO2薄膜相比，可以大幅度提升太阳能的利用率，使太阳能电池的光电转换效率有明显的提高，也可用于空气净化、废水处理和光解水制氢等环保和能源领域，应用前景广阔。
文档编号H01G9/20GK103208371SQ20131007902
公开日2013年7月17日 申请日期2013年3月13日 优先权日2013年3月13日
发明者高敬群, 张磊, 王君, 吴琼, 翟宇, 李曙光 申请人:辽宁大学