一種基于核殼結(jié)構(gòu)的上轉(zhuǎn)換微納米球的染料敏化太陽(yáng)能電池光陽(yáng)極的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種太陽(yáng)能電池光陽(yáng)極的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)染料敏化太陽(yáng)能電池對(duì)近紅外光區(qū)的能量利用少，使得電池的吸收光譜與太陽(yáng)光譜不匹配，限制了電池效率的提升。
[0003]稀土上轉(zhuǎn)換材料能夠利用近紅外光，并將其轉(zhuǎn)換成可見(jiàn)光，因此將稀土上轉(zhuǎn)換材料用于染料敏化太陽(yáng)能電池中能夠?qū)㈦姵氐墓忭憫?yīng)范圍擴(kuò)大到近紅外區(qū)，提高電池對(duì)太陽(yáng)光的利用率，從而提高電池的光電轉(zhuǎn)換效率。但是，由于上轉(zhuǎn)換粉體的導(dǎo)電性較差，將其用于染料敏化太陽(yáng)能電池當(dāng)中會(huì)充當(dāng)光生載流子的復(fù)合中心，嚴(yán)重的界面復(fù)合反應(yīng)會(huì)阻礙電子的傳輸，減小光電流，使得電池的光電轉(zhuǎn)換效率下降。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是要解決現(xiàn)有上轉(zhuǎn)換粉體存在導(dǎo)電性差，使得太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率低的問(wèn)題，而提供一種基于核殼結(jié)構(gòu)的上轉(zhuǎn)換微納米球的染料敏化太陽(yáng)能電池光陽(yáng)極的制備方法。
[0005]—種基于核殼結(jié)構(gòu)的上轉(zhuǎn)換微納米球的染料敏化太陽(yáng)能電池光陽(yáng)極的制備方法是按以下步驟完成的:
[0006]—、①、將NH4HF2溶于去離子水中，得到NH 4冊(cè)2的水溶液；
[0007]步驟一①中所述的順4冊(cè)2的質(zhì)量與去離子水的體積比為(Ig?1.5g): 15mL ;
[0008]②、將稀土硝酸鹽溶于去離子水中，得到稀土硝酸鹽溶液；
[0009]步驟一②中所述的稀土硝酸鹽為Yb (NO3) 3.6H20和Ho (NO3) 3.5H20的混合物；所述的稀土硝酸鹽中Yb (NO3)3.6H20與Ho (NO3)3.5H20的質(zhì)量比為(I?1.3):0.015 ；
[0010]步驟一②中所述的稀土硝酸鹽的質(zhì)量與去離子水的體積比為(Ig?1.4g):5mL ；
[0011]③、將十六烷基三甲基溴化銨溶于去離子水中，得到十六烷基三甲基溴化銨水溶液；
[0012]步驟一③中所述的十六烷基三甲基溴化銨的質(zhì)量與去離子水的體積比為(0.3g ?0.5g): 10mT,；
[0013]④、在攪拌速度為300r/min?1000r/min下將稀土硝酸鹽溶液以50滴/min?80滴/min的滴加速度滴加到十六烷基三甲基溴化銨水溶液中，再在攪拌速度為300r/min?1000r/min下攪拌反應(yīng)Imin?30min，得到混合溶液A ;再在攪拌速度為300r/min?100r/min下將NH4HF2的水溶液以50滴/min?80滴/min的滴加速度滴加到混合溶液A中，再使用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98%的硝酸調(diào)節(jié)混合溶液A的pH值為I?7，再在攪拌速度為300r/min?1000r/min下攪拌反應(yīng)0.5h?2h，得到反應(yīng)物I ;
[0014]步驟一④中所述的稀土硝酸鹽溶液與十六燒基三甲基溴化錢水溶液的體積比為(4 ?8): 10 ;
[0015]步驟一④中所述的稀土硝酸鹽溶液與NH4HF2的水溶液的體積比為(4?8): 15 ;
[0016]⑤、將步驟一④中得到的反應(yīng)物I加入到水熱反應(yīng)釜中，再將水熱反應(yīng)釜加熱至120 °C?200 °C，再在溫度為120°C?200 °C下水熱反應(yīng)12h?30h，得到反應(yīng)物II ;將反應(yīng)物II在離心速度為3000r/min?15000r/min下進(jìn)行離心5min?lOmin，得到白色沉淀物質(zhì)I ;依次使用去離子水和無(wú)水乙醇分別對(duì)白色沉淀物質(zhì)I清洗2次?5次，再將清洗后的白色沉淀物質(zhì)I置于溫度為100°c的真空干燥箱中干燥Ih?5h，再將干燥后的白色沉淀物質(zhì)I在溫度為300°C?600°C的馬弗爐中煅燒0.5h?6h，再自熱冷卻至室溫，得到Ho摻雜的YbF3;
[0017]二、將步驟一⑤得到的Ho摻雜的YbF3溶于異丙醇中，再加入二乙烯三胺，再在攪摔速度為300r/min?1000r/min下攬摔反應(yīng)1min?20min，再在攬摔速度為300r/min?1000r/min下加入異丙醇鈦，再在攪拌速度為300r/min?1000r/min下攪拌反應(yīng)50min?70min，得到反應(yīng)物III ;將反應(yīng)物III加入到水熱反應(yīng)釜中，再將水熱反應(yīng)釜加熱至120°C?200°C，再在溫度為120°C?200°C下水熱反應(yīng)0.5h?5h，得到反應(yīng)物IV ;將反應(yīng)物IV在離心速度為3000r/min?15000r/min下進(jìn)行離心5min?lOmin，得到白色沉淀物質(zhì)II ;使用去離子水和無(wú)水乙醇分別對(duì)白色沉淀物質(zhì)II清洗2次?5次，再將清洗后的白色沉淀物質(zhì)II置于溫度為100°C的真空干燥箱中干燥Ih?5h，再將干燥后的白色沉淀物質(zhì)II置于溫度為300°C?600°C的馬弗爐中煅燒0.5h?4h，再自然冷卻至室溫，得到T12包覆Ho摻雜的YbF3;
[0018]步驟二中所述的Ho摻雜的YbFj^質(zhì)量與異丙醇的體積比為(0.05g?0.5g): 3OmL ；
[0019]步驟二中所述的Ho摻雜的YbF3的質(zhì)量與二乙烯三胺的體積比為(0.05g?0.5g): 60 μ L ；
[0020]步驟二中所述的Ho摻雜的YbFj^質(zhì)量與異丙醇鈦的體積比為(0.05g?0.5g): 3OmL ；
[0021]三、①、將T12包覆Ho摻雜的YbF3與乙基纖維素、松油醇和無(wú)水乙醇混合均勻，得到T12包覆Ho摻雜的YbF 3漿料；
[0022]步驟三①中所述的T12包覆Ho摻雜的YbF3與乙基纖維素的質(zhì)量比為1: (0.1?0.5);
[0023]步驟三①中所述的T12包覆Ho摻雜的YbF 3與松油醇的質(zhì)量比為1: (2?7)；
[0024]步驟三①中所述的T12包覆Ho摻雜的YbF 3與無(wú)水乙醇的質(zhì)量比為1: (2?5);
[0025]②、將二氧化鈦P25與乙基纖維素、松油醇和無(wú)水乙醇混合均勻，得到二氧化鈦P25漿料；
[0026]步驟三②中所述的二氧化鈦P25與乙基纖維素的質(zhì)量比為1: (0.1?0.5)；
[0027]步驟三②中所述的二氧化鈦P25與松油醇的質(zhì)量比為1: (2?7)；
[0028]步驟三②中所述的二氧化鈦P25與無(wú)水乙醇的質(zhì)量比為1: (2?5)；
[0029]③、使用250目絲網(wǎng)對(duì)步驟三②得到的二氧化鈦P25漿料進(jìn)行絲網(wǎng)印刷法涂膜，得到P25薄膜；再在P25薄膜上使用250目絲網(wǎng)對(duì)步驟三①得到的T12包覆Ho摻雜的YbF 3漿料進(jìn)行絲網(wǎng)印刷法涂膜，得到負(fù)載在P25薄膜上的T12包覆Ho摻雜的YbF 3薄膜；
[0030]步驟三③中所述的負(fù)載在P25薄膜上的T12包覆Ho摻雜的YbF 3薄膜中P25薄膜與T12包覆Ho摻雜的YbF 3薄膜的厚度比為1: (0.1?I);
[0031]步驟三③中所述的負(fù)載在P25薄膜上的T12包覆Ho摻雜的YbF 3薄膜中T1 2包覆Ho摻雜的YbF3薄膜的厚度為6 μ m ;
[0032]④、將負(fù)載在P25薄膜上的T12包覆Ho摻雜的YbF 3薄膜以0.5 °C /min?2°C /min的升溫速率從室溫升溫至400 °C?600 °C，再在溫度為400 °C?600 °C下保溫0.1h?Ih，得到基于核殼結(jié)構(gòu)的上轉(zhuǎn)換微納米球的染料敏化太陽(yáng)能電池光陽(yáng)極。
[0033]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn):
[0034]—、Ho摻雜的YbF3經(jīng)過(guò)T1 2包覆后形成的T1 2包覆Ho摻雜的YbF 3為核殼結(jié)構(gòu)的上轉(zhuǎn)換納米微球，減少了納米材料表面的缺陷態(tài)數(shù)量，增強(qiáng)了稀土離子的上轉(zhuǎn)換發(fā)光；同時(shí)這種核殼結(jié)構(gòu)延長(zhǎng)了光生電子的壽命，有利于電池性能的提高；
[0035]二、本發(fā)明制備的基于核殼結(jié)構(gòu)的上轉(zhuǎn)換微納米球的染料敏化太陽(yáng)能電池光陽(yáng)極增強(qiáng)了對(duì)入射光的散射作用，提高了電池對(duì)太陽(yáng)光的捕獲效率；
[0036]三、本發(fā)明制備的基于核殼結(jié)構(gòu)的上轉(zhuǎn)換微納米球的染料敏化太陽(yáng)能電池光陽(yáng)極能夠抑制光生載流子的復(fù)合反應(yīng)，延長(zhǎng)電池中載流子壽命，減小暗電流，有利于提尚電池效率;
[0037]四、本發(fā)明制備的基于核殼結(jié)構(gòu)的上轉(zhuǎn)換微納米球的染料敏化太陽(yáng)能電池光陽(yáng)極能夠利用近紅外光產(chǎn)生光電流，使得電池能夠利用近紅外光，提高電池的光電轉(zhuǎn)換效率；
[0038]五、本發(fā)明得到的核殼結(jié)構(gòu)的上轉(zhuǎn)換微納米球可以作為光陽(yáng)極材料制備核殼結(jié)構(gòu)的上轉(zhuǎn)換微納米球的染料敏化太陽(yáng)能電池；制備的核殼結(jié)構(gòu)的上轉(zhuǎn)換微納米球的染料敏化太陽(yáng)能電池的電池效率為7.8%?8.1%，光電流為17.1mAcm 2?17.8mAcm 2;電池效率由現(xiàn)有太陽(yáng)能電池的電池效率6.3%提高到7.8%?8.1%，光電流與現(xiàn)有的太陽(yáng)能電池的光電流相比提高了 22.4 %?24 %。
[0039]本發(fā)明可獲得一種基于核殼結(jié)構(gòu)的上轉(zhuǎn)換微納米球的染料敏化太陽(yáng)能電池光陽(yáng)極的制備方法。
【附圖說(shuō)明】
[0040]圖1為實(shí)施例一步驟一⑤制備的Ho摻雜的YbFj^ SEM圖；
[0041]圖2為實(shí)施例一步驟二制備的T12包覆Ho摻雜的YbF 3的SEM圖；
[0042]圖3為實(shí)施例一步驟二制備的T12包覆Ho摻雜的YbF 3的TEM圖；
[0043]圖4為上轉(zhuǎn)換熒光光譜圖，圖4中I為實(shí)施例一步驟一⑤制備的Ho摻雜的YbFj9