[发明专利]一种多波段吸收近红外太阳光染料敏化太阳能电池光阳极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及染料敏化太阳能电池光阳极材料的制备方法。

背景技术

光伏太阳能电池作为可再生无污染能源，能很好地解决能源和环境两大难题，具有很广阔的发展前景。虽然光伏行业在近几十年已经取得巨大发展，但光伏太阳能电池的低效率和高成本使太阳能电池千瓦时的费用与常规能源相比偏高，限制其普及化和实用化。因此，为了进一步实现低成本和高效率，达到实用化的目的，人们开发出具有代表性的第三代太阳能电池，即染料敏化太阳能电池，已受到国际科研工作者的广发关注和研究。科学家通过多种技术手段提高其光电转换效率，已使其效率提高到10％以上，但是继续提高这类电池的光电转换效率，是目前的一个巨大挑战。这是因为染料电极材料不能对全波段太阳发射光谱进行吸收，严重限制其电池效率的提高。通常染料敏化电池光阳极与染料N-719对太阳光的吸收波段主要在290nm～700nm，但对占太阳光全部能量高达43％的红外波段太阳光利用甚微。

红外光子上转换过程能够将红外波段太阳光进行有效叠加，并发射出一个具有高能量的可见波段光子，在太阳能电池中具有重大的潜在应用价值。目前已有关于应用上转换材料增强染料敏化电池效率的研究，但受限于稀土离子对红外光子的窄带和弱吸收特性，仅975nm和1157nm处的红外太阳光课转换为可吸收的能量，而且其量子产率仅为0.1％，也是非常低的，仍未达到大幅度提高太阳能电池效率并使其商业化的目的。

发明内容

本发明是要解决现有的上转换材料增强染料敏化电池的方法的红外波段太阳光利用低的技术问题，而提供一种多波段吸收近红外太阳光染料敏化太阳能电池光阳极材料的制备方法。

本发明的多波段吸收近红外太阳光染料敏化太阳能电池光阳极材料的制备方法，按以下步骤进行：

步骤一：按油酸和十八烯的体积比为1：2～5，将油酸和十八烯混合均匀得到混合液，再按氯化钇(YCl₃)、氯化镱(YbCl₃)和氯化铒(ErCl₃)的摩尔比为(80+m+n)：(10-m)：(10-n)，将氯化钇、氯化镱和氯化铒加入到混合液中，搅拌均匀后，加热到120～150℃并保持30～60min，之后自然冷却至室温，得到原料液A；其中0≤m＜10,0≤n＜10；

步骤二：称取氟化铵(NH₄F)和氢氧化钠(NaOH)溶解于甲醇中，得到原料液B；其中NH₄F与NaOH的摩尔比为1：(0.5～2)；

步骤三：在氮气保护下，将步骤二中得到的原料液B加入到步骤一中的原料液A中，搅拌均匀后，升温至300～320℃，反应1～2小时，冷却至室温后，将反应产物加入离心管中离心分离出纳米晶，并将纳米晶用无水乙醇离心洗涤数次，将干净的纳米晶分散到环己烷溶液中，得到作为晶核的纳米晶分散液；

步骤四：按油酸和十八烯的体积比为1：2～5，将油酸和十八烯混合均匀得到混合液，再将氯化镱(YbCl₃)溶解于混合液中，在搅拌条件下加热到120～150℃保持30～60min，自然冷却至60～80℃，得到原料液C；

步骤五：将步骤三得到的纳米晶分散液加入到步骤四所得的原料液C中，搅拌均匀后，升温去除环己烷，得到原料液D；

步骤六：称取氟化铵(NH₄F)和氢氧化钠(NaOH)溶解于甲醇中，得到原料液E；其中NH₄F与NaOH的摩尔比为1：(0.5～2)；

步骤七：在氮气保护下，将步骤六得到的原料液E加入到步骤五得到的原料液D中，搅拌均匀后，升温至300～320℃，反应1～2h，冷却至室温，将反应产物加入离心管中离心分离出一层核壳结构纳米晶体，将第一层核壳结构纳米晶体用无水乙醇离心洗涤数次后，分散到环己烷中，得到一层核壳结构纳米晶NaYF₄:Yb/Er@NaYbF₄分散液；

步骤八：按油酸和十八烯的体积比为1：2～5，将油酸和十八烯混合均匀得到混合液，再按氯化钇(YCl₃)与氯化钬(HoCl₃)的摩尔比为(90+s)：(10-s)，将氯化钇和氯化钬加入到混合液中，搅拌均匀后，加热到120～150℃并保持30～60min，之后自然冷却至室温，得到得到原料液F；其中0≤s＜10；