[发明专利]一种稀土氟化物纳米晶/TiO2复合光阳极及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种染料敏化太阳能电池的复合光阳极及其制备方法。 

背景技术

染料敏化太阳能电池(Dye-sensitized Solar Cells，简称为DSSCs)以其低廉的成本、简单的工艺和易于重复等优点，受到国内外的广泛关注。染料敏化的半导体光阳极是DSSCs的关键部分，在很大程度上决定了DSSCs的光电转化效率。目前通常使用的染料为联吡啶钌系列化合物，它们的吸收范围主要在400～600nm之间，对于长波可见光和占太阳光全部能量43％的红外光吸收较弱，这在一定程度上限制了DSSCs光电转换效率的进一步提高。通过拓宽染料的光谱响应范围、优化半导体表面结构和组成、加强染料与半导体之间的结合能明显增强光的吸收，降低电荷复合，加快电子的注入与传输。半导体光阳极作为染料吸附的载体和光生电子传输的通道，一直以来是DSSCs领域研究的焦点。 

大量研究表明，通过窄禁带半导体复合、贵金属沉积以及金属离子掺杂等手段对TiO₂光阳极进行修饰改性，可以改变非平衡载流子的产生机制，使产生的电子和空穴有效分离，拓宽对太阳光的吸收频带，从而提高DSSCs的光电转化效率。特别是稀土离子的上转换发光特性为DSSCs光响应频带向长波方向大幅度地拓宽提供了可能。林建明等人将TiO₂:Er³⁺上转换发光层组装在DSSCs中，使电池不能吸收利用的红外光转化为可以充分吸收的可见光，提高了太阳能的利用率。吴季怀等人将TiO₂:Er³⁺/Yb³⁺上转换发光粉应用于DSSCs中，提高了光电转化效率。但是，由于稀土离子有较大的离子半径，难以进入TiO₂晶格，主要存在于TiO₂表面，导致表面的稀土离子掺杂浓度过高，引起荧光浓度猝灭效应。表面态也可能成为荧光的猝灭中心，降低了稀土离子的发光强度。此外，TiO₂的声子能量较高，稀土离子的无辐射跃迁损失很大，大大降低了上转换效率，不能充分发挥稀土离子上转换的优势。 

因此现有的稀土纳米晶/TiO₂复合光阳极存在对光的吸收率低、上转换效率低的问题。 

发明内容

本发明要解决现有的稀土纳米晶/TiO₂复合光阳极存在对光的吸收率低、上转换效率低的问题，而一种稀土氟化物纳米晶/TiO₂复合光阳极及其制备方法。 

一种稀土氟化物纳米晶/TiO₂复合光阳极由稀土氟化物纳米晶、商业TiO₂和FTO导电玻璃制成制备而成；所述的稀土氟化物纳米晶与商业TiO₂的质量比为1∶(10～1000)；所述的FTO导电玻璃的表面负载量为0.5～3.0mg/cm²；所述的稀土氟化物纳米晶由稀土盐溶液、表面活性剂溶液和氟源溶液制成，其中所述的稀土盐溶液中稀土盐与表面活性剂溶液中表面活性剂的 摩尔比为1∶(0.1～10)，其中所述的稀土盐溶液中稀土盐与氟源溶液中F^-的摩尔比为1∶(0.1～16)；所述的商业TiO₂为P25型纳米二氧化钛；所述的FTO导电玻璃为掺杂F的导电玻璃，厚度为1～5mm。