【摘要】：太陽能是一種可利用的清潔能源,且分布范圍廣、儲量豐富,因此有巨大的開發(fā)應用潛力,而面臨化石燃料類能源枯竭的危機,太陽能光伏發(fā)電作為一種應用清潔能源的方式,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能電池(DSSC)利用其中的染料分子敏化納米金屬氧化物半導體而實現(xiàn)了光電轉(zhuǎn)換。作為一種新型太陽能電池,DSSC因其原料價格低廉、制備方法簡單、綠色環(huán)保而被認為是具有良好應用前景和具市場潛力的硅太陽能電池的替代物。輻照到地面的太陽能光譜(AM1.5G)的波長位于紫外光(UV)到紅外光(IR)區(qū)內(nèi)(200 2500 nm)。由于DSSC中光陽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,其余太陽光沒有被有效利用。此外,紫外線對染料具有降解作用,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)光離子摻雜在光陽極中,鮮少有將其摻雜在致密層中的報道。動力學研究表明,導電基底(如FTO導電玻璃)與電解液中的I_3~-發(fā)生電子復合的速率很快,且快于TiO_2與I_3~-發(fā)生反應的速率,因此抑制導電基底與I_3~-間發(fā)生的電子復合反應可以有效提升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用在DSSCs中。本文具體工作如下所述:(1)第一部分采用操作簡便的旋涂法設計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,長期穩(wěn)定性和PCE均有提高。長期穩(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合速率的減小,電池對短波數(shù)光區(qū)響應的增強,以及CSL的高透光性能。(2)為了進一步提高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進一步提高。此外,這種通過改變稀土摻雜種類從而實現(xiàn)上/下轉(zhuǎn)換功能的方法可以廣泛應用于光伏器件,它為有效拓寬電池對太陽光的光譜響應范圍提供了可能性。(3)第三部分采用TEOS水解法對YF_3:Yb~(3+),Er~(3+)(YFYE)進行包覆,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效應對增強熒光的作用。研究表明SiO_2的包覆使YFYE之間的熒光猝滅效應減弱,而Ag NPs可以增強熒光。此外,DSSC性能的提升是由于粒子粒徑大造成的散射效應。
【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 不同半導體的價帶位置（pH=1）[1]and positions of several semiconductors in contact with aqueous electrolyte

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

【參考文獻】

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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];材料科學與工程學報;2008年06期

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本文編號：2678104