[发明专利]一种双壳层复合材料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及发光材料领域，特别涉及一种双壳层复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

染料敏化太阳能电池(Dye-sensitized Solar Cells，DSCs)是一种以染料敏化纳米晶宽禁带半导体薄膜为光阳极的新型光伏电池。与传统的硅基太阳能电池相比，染料敏化太阳能电池具有制备工艺简单、成本低廉、易于大面积工业化生产等诸多优点。

在过去的二十多年中，国际上该领域的各研究小组对染料敏化太阳能电池进行了系统而又卓有成效的研究和探索。迄今，其最高光电转换效率已达到12.3％(A.Yella,et al.,Science,2011,334,629)。如何继续提高染料敏化太阳能电池的光电转换效率，以尽快实现产业化应用，是值得重点思考的一个问题。Michael D.McGehee等人在Nature Photonics发表综述指出，提高染料分子对光的吸收，特别是对近红外光区的吸收，是提高DSCs光电转换效率的最有效途径之一(B.E.Hardin,et al.,Nature Photonics,2012,6,162)。上转换材料能够将近红外光区的光子转换为可见光区的光子，供染料吸收利用。因此，如何将其引入DSCs光阳极中，并且对其结构进行优化和设计，使其能够最大化染料对太阳光的吸收利用，成为该领域亟待解决的关键问题之一。

发明内容

为了解决现有技术如何进一步提高DSCs中染料对太阳光的吸收效率的问题，本发明实施例提供了一种双壳层复合材料及其制备方法和应用。所述技术方案如下：

一方面，本发明实施例提供了一种双壳层复合材料，所述双壳层复合材料包括作为核层的上转换纳米颗粒、包覆在所述核层外壁的中间壳层和布置在所述中间壳层的外表面上的纳米金颗粒，其中，所述中间壳层为SiO₂。

具体地，所述中间壳层的厚度为5～30nm。

具体地，所述上转换纳米颗粒包括内核、敏化中心和发光中心，所述内核以NaYF₄为基质，所述敏化中心为Yb³⁺，所述发光中心为Er³⁺。

具体地，所述上转换颗粒的内核尺寸为400～1000nm。

具体地，所述纳米金颗粒的吸收峰为500～550nm。

另一方面，本发明实施例提供了一种制备上述双壳层复合材料的方法，所述方法包括：

将所述上转换纳米颗粒、正硅酸四乙酯和氨水在乙醇溶液中反应，得到包覆有所述中间壳层的上转换纳米颗粒；

利用氨丙基三甲氧基硅烷在50～80℃下对所述包覆有所述中间壳层的上转换纳米颗粒进行表面修饰，得到经过表面修饰的包覆有所述中间壳层的上转换纳米颗粒；

将所述经过表面修饰的包覆有所述中间壳层的上转换纳米颗粒溶于去离子水中，并与含有所述纳米金颗粒的水溶液混合，得到所述双壳层复合材料。

进一步地，所述纳米金颗粒的水溶液的制备方法为：先将三水合氯金酸溶解于去离子水中，得到浓度为0.19g/L的三水合氯金酸的水溶液，将所述三水合氯金酸的水溶液加热到沸腾，将柠檬酸钠溶解于水溶液中，制得浓度为0.01g/mL的柠檬酸钠的水溶液，将所述柠檬酸钠的水溶液在搅拌条件下加入到沸腾的所述三水合氯金酸的水溶液中，所述柠檬酸钠的水溶液与所述三水合氯金酸的水溶液的体积比为500:33，保持沸腾状态搅拌20分钟，得到吸收峰为500～550nm的所述纳米金颗粒的水溶液。

具体地，将所述上转换纳米颗粒、正硅酸四乙酯和氨水在乙醇溶液中反应，得到包覆有所述中间壳层的上转换纳米颗粒的方法包括：将0.1g所述上转换纳米颗粒分散于40mL异丙醇中，超声分散后，再分别加入5mL去离子水和0.1mL所述正硅酸四乙酯，搅拌后，得到混合液，向所述混合液中逐滴加入0.5mL氨水，加入后搅拌1小时，经离心干燥得到包覆有所述中间壳层的上转换纳米颗粒。

又一方面，本发明实施例提供的双壳层复合材料的应用，所述双壳层复合材料用于制备染料敏化太阳能电池的光阳极。