[發明專利]一種稀土共摻雜晶態發光材料的制備及其在雜化太陽電池中的應用

有效

• 申請號: 201410078074.7
• 申請日: 2014-03-05
• 公開（公告）號: CN103811187A
• 公開（公告）日: 2014-05-21
• 發明（設計）人: 李清華;金肖;陳子晗;程園遠
• 申請（專利權）人: 南昌航空大學
• 主分類號: H01G9/20
• 分類號: H01G9/20;H01G9/048;H01G9/042
• 代理公司: 南昌洪達專利事務所 36111
• 代理人: 劉凌峰

技術領域

????本發明涉及一種發光材料的制備，尤其涉及一種稀土共摻雜晶態發光材料的制備及其在雜化太陽電池中的應用。

背景技術

能源問題是現代社會的焦點問題，太陽能資源豐富且潔凈、無污染，是未來的能量之源。太陽能電池研究日新月異，最早開發的晶體硅太陽能電池成本太高，其普遍應用受到限制;染料敏化太陽能電池由于液體的泄漏、電池封裝困難等原因限制了這類太陽能電池的使用和壽命。由有機物電子給體、無機電子受體的共混體系組成的有機無機雜化太陽能電池，既具有有機電池的優點，又具有無機半導體的很多優良性能，如能級可調、大的消光系數以及多光子效應等，并且相對其他類電池，原材料便宜;?可以在低溫、非真空條件下組裝;有機半導體具有較高電子吸收能力;易于利用液相Roll－to－Roll技術規模化組裝太陽能電池，進一步降低生產成本。

???本發明用水熱法和共沉淀法的特點，成功了合成稀土共摻雜晶態發光材料，通過改變摻雜的稀土離子和沉淀劑使太陽能電池p型半導體和n型半導體能級匹配，提高太陽能電池光電轉換效率。

發明內容

本發明的目的在于提供一種稀土共摻雜晶態發光材料的制備，在太陽能電池中，p型半導體作為吸光材料對提高電池效率起著決定性的作用,制備處于可見光范圍發射峰和良好穩定性的稀土共摻雜晶態發光材料是制備高效率太陽能電池的關鍵技術。

本發明是這樣來實現的，其特征是步驟如下：

(1)將稀土氧化物溶于濃鹽酸，一邊加熱一邊攪拌，直至完全溶解成透明澄清的溶液；

(2)調pH至中性范圍，配備飽和沉淀劑溶液（本實驗中采用飽和硅酸鉀溶液）；P

(3)將飽和鹽溶液加入澄清溶液中至完全沉淀，抽濾洗滌；

(4)煅燒取粉末，將粉末摻到TiO₂?膠體中；

(5)以多孔n型摻雜稀土的半導體TiO₂納米材料為光陽極，當太陽光照射光陽極時，P3HT電子從價帶躍遷至導帶并注入稀土摻雜TiO₂的導帶中經由FTO導電玻璃連接負載傳遞給鉑金背電極，最后通過空穴傳輸層PEDOT:PSS和電子復合形成電子-空穴對完成一個循環；

(6)通過上述方法可制得高光電轉換效率、低成本易組裝的稀土共摻雜晶態發光材料雜化太陽電池。

本發明所述稀土共摻雜晶體摻雜TiO₂膠體的制備及太陽能電池的組裝，其特征在于可通過如下步驟實現：

（1）以摩爾比為95:5取氧化釔粉末和所需稀土氧化物粉末，溶解在濃鹽酸中，邊溶解邊攪拌直至?溶液澄清；

（2）用1mol/L的NaOH溶液來調節上述所得溶液的PH值到中性范圍，之所以要調節PH值是因為在酸性條件下，加入了沉淀劑硅酸鉀后很容易產生二氧化硅混淆稀土鹽的沉淀；

（3）采用共沉淀法，將配備的硅酸鉀溶液作為沉淀劑慢慢加入上述調好pH的溶液中，直到不再產生白色沉淀為止；

（4）將得到的白色沉淀抽濾洗滌，該步驟是為了洗掉溶液中的鉀離子和鈉離子；

（5）將得到的白色沉淀煅燒850^。C?150min后研磨即得到所需要的粉末，將得到的粉末摻雜到TiO₂膠體當中；

（6）以多孔TiO₂為n型半導體，將TiO₂旋涂到FTO導電玻璃導電層上形成一層薄膜，將其浸泡在P3HT中，浸泡完后往樣品層上再旋涂一層空穴傳遞層PEDOT:PSS；選用鉑金電極作為背電極，以模擬太陽光源照射光陽極通過電化學工作站測量太陽能電池光電轉換效率；PEDOT:PSS作為空穴傳輸層可以促進空穴傳輸，避免電子-空穴對的復合。

本發明的優點是：成功了合成稀土共摻雜晶態發光材料，通過改變摻雜的稀土離子和沉淀劑使太陽能電池p型半導體和n型半導體能級匹配，提高太陽能電池光電轉換效率。

具體實施方式

以下對本發明的實施例作進一步詳細描述，但本實施例并不用于限制本發明，凡是采用本發明的相似結構及其相似變化，均應列入本發明的保護范圍。

一、稀土共摻雜晶體制備具體步驟如下：

1）稱取摩爾比為95:5的氧化釔和稀土氧化物加入50ml的小燒杯中。

2）將小燒杯60^。C油浴，同時往小燒杯中加入濃鹽酸，邊用玻璃棒攪拌，直至粉末完全溶解。

3）將NaOH溶液緩慢用膠頭滴管滴入溶液中，調節pH到中性?。