[發明專利]一種雙向轉光劑GdBO3:Yb3+/Tb3+輔助的光陽極及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201710952968.8
• 申請日: 2017-10-13
• 公開（公告）號: CN107680817B
• 公開（公告）日: 2019-02-19
• 發明（設計）人: 王君;劉旭東;張朝紅;張旭;趙成;房大維;劉逸倫
• 申請（專利權）人: 遼寧大學
• 主分類號: H01G9/20
• 分類號: H01G9/20;H01G9/042
• 代理公司: 沈陽杰克知識產權代理有限公司 21207
• 代理人: 金春華

本發明涉及一種雙向轉光劑GdBO₃:Yb³⁺/Tb³⁺輔助的光陽極及其制備方法和應用。本發明采用溶膠凝膠滴涂技術制備了GdBO₃:Yb³⁺/Tb³⁺@TiO₂光陽極，然后，在室溫下，使用連續離子層吸附與反應技術在制備的光陽極表面沉積了CdSe_0.4S_0.6量子點。光電化學測試表明，在加入GdBO₃:Yb³⁺/Tb³⁺雙向上下轉光劑后，CdSe_0.4S_0.6量子點敏化太陽能電池的開路電壓，短路電流，以及功率轉換效率均被有效提高。

技術領域

本發明屬于量子點敏化太陽能電池領域，尤其涉及雙向上下轉光劑GdBO₃:Yb³⁺/Tb³⁺輔助的光陽極及其在CdSe_0.4S_0.6量子點敏化太陽能電池中的應用。

背景技術

太陽能是地球上最豐富的能源，然而把豐富的太陽能高效地轉化為電能一直是一個重要的科學難題。目前，以量子點敏化太陽能電池(QDSSCs)和染料敏化太陽能電池(DSSCs) 為代表的第三代太陽能電池，因為廉價和環保的優點(相較于傳統的硅太陽能電池和第二代薄膜電池)受到了世界各國研究人員的關注。特別地，QDSSCs作為一種由無機物敏化的太陽能電池有很多值得關注的優點，如制作成本較低，理論上有44％的能量轉化效率。而且CdS， CdSe和CdSeS等無機量子點敏化劑較有機染料有更大的潛在利用價值，如光穩定性強，摩爾消光系數高，多激子效應等。除此之外，II-VI族量子點因為與TiO₂能帶匹配較好，光生電子能較快從量子點注入TiO₂導電層，因此被廣泛的研究。然而，有很多因素制約著QDSSCs效率的提高，其中主要原因有敏化劑吸收光譜與太陽輻射光譜之間存在不匹配，光譜利用率較低。盡管已經有好多方法被用在擴寬量子點吸收范圍上，例如改變量子點的尺寸和共敏化等，但是改變很小。在這些量子點中，CdSe_xS_1-x不僅有較高的單色入射光子-電子轉換效率，而且可以通過調節Se的含量調整光譜吸收紅移，是一種有潛在利用價值的半導體量子點材料。然而，由于太陽光譜是連續的寬光譜，而CdSe_xS_1-x只能吸收太陽光譜中的可見光，紫外光和紅外光的能量損失較大，光譜利用率較低，極大的限制了光電轉化效率的提高。因此拓寬量子點光敏劑的吸光范圍，提高光譜利用率依然是目前最為緊迫的任務。

實際上，高效的上轉光劑或下轉光劑作為潛在的光譜轉換材料已成功地被應用于DSSCs，事實也已經證明將稀土離子轉光劑摻雜進TiO₂光陽極作為光散射層和轉光層可以有效提高 DSSCs的轉化效率。相似的，將轉光劑用于QDSSCs也可以提高能量轉化效率。Sun等，利用長余輝下轉換熒光粉Sr₄Al₁₄O₂₅:Eu,Dy使CdS敏化QDSSCs能量轉換效率(PCE)提高38％。上述工作都顯示了稀土轉光劑與半導體材料結合間接拓寬光吸收范圍，提高光譜利用率方面的優勢，但他們只是單方向的利用了轉光劑的上轉光或下轉光性質，而雙向上下轉換發光劑在QDSSCs中應用的相關文獻目前還沒有被報道。

發明內容