[发明专利]一种空心结构CeO2:Er3+/Yb3+上转换发光材料及其应用

说明书

技术领域

本发明属于太阳能电池技术领域，具体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

能源是人类社会赖以生存和发展的重要物质保障，是国民经济和社会发展的基 础。随着化石能源的日趋枯竭和全球对室温效应的关注，开发利用清洁可再生能源正成为 现在和未来世界能源科技发展的主旋律。太阳能光伏发电将太阳能直接转化为电能，是一 种清洁的可再生能源。太阳能光伏发电研究近十年来一直受到高度重视，并得到较快发展。 随着光伏发电成本的下降以及对清洁能源需求的上升，太阳能产品正逐步走进我们的生 活，作为一种新型清洁能源和低价太阳能光伏途径，染料敏化太阳电池在全球范围内正受 到越来越多的关注。

光阳极作为光敏化剂的载体和收集电子和传输电子的介质，在染料敏化太阳能电 池中起着重要作用。但因受到太阳能电池材料本身性质的影响，染料敏化太阳能电池不能 有效吸收近红外和红外光，限制了电池的光子-电子转换效率使得电池的光电转换效率非 常低，作为电池核心组成部分的染料光敏化剂，吸收光谱的长波限一般都不超过750nm，而 太阳光谱中有55％-60％分布于750nm外的近红外区域，使得染料敏化太阳电池光阳极对全 波段的太阳光能量无法全面吸收。所以想从根本上提高染料敏化太阳能电池的效率就必须 拓展电池的光谱响应范围，利用上转换发光材料将近红外光转换为可见光。从目前来看，现 有技术中还没有上转换中空结构光阳极材料用于染料敏化太阳能电池的报道。因此，研究 一种空心结构CeO₂:Er³⁺/Yb³⁺光阳极材料对染料敏化太阳能电池有着重要的应用意义。

发明内容

本发明目的是为了提供一种工艺简单，操作简便，能有效提高太阳能电池光电转 换效率的一种空心结构CeO₂:Er³⁺/Yb³⁺染料敏化太阳能电池光阳极材料的制备方法。

本发明所涉及的一种空心结构CeO₂:Er³⁺/Yb³⁺上转换发光材料，通过下述方法制备 得到：

(1)制备炭(Carbon缩写为C)小球：将葡萄糖溶于溶剂，形成葡萄糖溶液，再将葡萄 糖溶液转至高压反应釜中水热反应，反应结束后，冷却到室温，离心分离出固相物，再将其 固相物离心洗涤，在80℃温度下烘干，得到C小球；

(2)将步骤(1)中的C小球在溶剂中超声分散，得到分散液；

(3)将硝酸铈乙醇溶液，硝酸镱乙醇溶液，硝酸铒乙醇溶液按比例混合，形成混合 溶液；

(4)将步骤(3)得到的混合溶液加入到步骤(2)分散液中，形成混合溶液。搅拌，超 声；

(5)将步骤(4)得到的混合溶液转至高压反应釜中水热反应；

(6)水热反应结束后，冷却到室温，将水热反应的产物取出，离心分离出固相物，再 将其固相物离心洗涤，在80℃温度下烘干，得到一种实心材料CeO₂:Er³⁺/Yb³⁺C。

(7)将步骤(6)得到的实心材料CeO₂:Er³⁺/Yb³⁺C经高温煅烧，得到空心结构CeO₂: Er³⁺/Yb³⁺上转换发光材料。

本发明步骤(1)中所述葡萄糖浓度为0.55mM，溶剂为去离子水。水热反应的环境温 度为140～180℃，反应时间为4～24h；优选水热反应的环境温度为180℃，反应时间为4h。

本发明步骤(2)中所述C小球的质量与溶剂体积之比为75mg:(5～15ml)，其中溶剂 为无水乙醇。

本发明在步骤(3)中所述混合溶液中硝酸铈，硝酸镱，硝酸铒浓度皆为0.1～1M；硝 酸铈，硝酸镱，硝酸铒乙醇溶混合比为(95+x):(1-y):(4-x-y),其中0≤x≤3，0≤y≤0.7。

本发明在步骤(4)中所述步骤(3)的混合液与步骤(2)的分散液比为1:1；形成的混 合溶液，于室温下，经搅拌30～60min,超声30～60min，将其混合均匀。