[发明专利]一种铒单掺七铝酸十二钙上转换材料掺杂染料敏化光阳极及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于新能源材料技术领域，特别涉及一种铒单掺七铝酸十二钙上转换材料掺杂染料敏化光阳极及其制备方法和在染料敏化太阳能电池中的应用。

背景技术

染料敏化太阳能电池(DSSC)具有成本低、制备工艺简单和无污染等优点，近几年来在众多太阳能电池中脱颖而出。DSSC主要由对电极、光阳极和电解质三个部分组成。对电极和电解质的发展对DSSC电池效率的提升没有太大影响，要提高电池的光电转换效率，对光阳极进行改进是最有效的。光阳极主要由导电光学玻璃、纳米多孔半导体层和染料敏化剂组成。染料敏化剂吸附于纳米多孔半导体层上，当太阳光照射在光阳极上时，染料分子吸收光子，由基态跃迁至激发态。激发态的染料分子会迅速将电子注入半导体导带中，电子在半导体纳米晶界中传输至导电玻璃，再由导电玻璃传输到外电路。外电路通过对电极把电子传输至电解质中，电解质经过氧化还原反应，把电子传输回染料分子中，以此形成一个循环。但是，目前染料对太阳光的响应范围集中在400～700nm，仅占太阳光谱的45％，而剩余波长的太阳光则大部分以热能形式散失。

上转换材料是一种吸收长波然后辐射出短波的一种材料，它由基质材料和稀土离子组成。采用七铝酸十二钙(C12A7)作为基质材料，掺杂稀土离子，可以制备得化学稳定性强、无污染的上转换材料。C12A7上转换材料可以把部分700nm以外的太阳光吸收，然后辐射出可见光波长范围的光子。

发明内容

为了克服现有技术中存在的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种铒单掺七铝酸十二钙上转换材料掺杂染料敏化光阳极的制备方法。

本发明的另一目的在于提供一种上述制备方法制备得到的铒单掺七铝酸十二钙上转换材料掺杂染料敏化光阳极。

本发明的再一目的在于提供上述铒单掺七铝酸十二钙上转换材料掺杂染料敏化光阳极的应用。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种铒单掺七铝酸十二钙上转换材料掺杂染料敏化光阳极的制备方法，其特征在于按照以下操作步骤：

S1：称取乙基纤维素溶于无水乙醇，制备得到溶液A；

S2：将铒单掺七铝酸十二钙上转换材料(C12A7:Er)与二氧化钛P25加入溶液A中，之后加入OP乳化剂、乙酰丙酮和松油醇，制备得溶液B；

S3：将溶液B进行超声处理；

S4：把超声处理后的溶液B在水浴中，恒温搅拌，待无水乙醇挥发完，制备得胶体C；

S5：把胶体C涂在FTO导电玻璃上；

S6：把导电玻璃放置在干燥箱中干燥，之后移至马弗炉煅烧；

S7：把煅烧好的电极在避光条件下用染料浸泡，进行敏化处理；

S8：把敏化好的光阳极用无水乙醇清洗，之后在干燥箱中干燥，得到铒单掺七铝酸十二钙上转换材料掺杂染料敏化光阳极。

步骤S1中所述乙基纤维素与无水乙醇的质量比为0.112：1。

步骤S2中所述铒单掺七铝酸十二钙上转换材料和二氧化钛P25的质量比为0.01～0.1：1；二氧化钛P25与A溶液的质量比为0.038：1；OP乳化剂与 A溶液的质量比为0.001：1；乙酰丙酮与A溶液的质量比为0.011：1；松油醇与A溶液的质量比为0.14：1。

步骤S2中所述铒单掺七铝酸十二钙上转换材料是按照以下步骤制备得到：称取摩尔比为0.4569：0.5331：0.01的氢氧化钙、氢氧化铝和五水硝酸铒，加入反应釜中150℃保温6h，待反应釜降至室温，过滤并90℃干燥12h，将白色固体移至马弗炉800℃煅烧5h，最终制备得到铒单掺七铝酸十二钙上转换材料。

步骤S3中所述超声时间为10～30min。

步骤S4中所述水浴温度为70～100℃。

步骤S6中所述干燥的温度为70～100℃，干燥的时间为10～60min；所述煅烧的温度为450～500℃，煅烧的时间为30～60min。

步骤S7中所述浸泡的时间为24～48h。

步骤S8中所述干燥的温度为70～100℃，干燥的时间为10～60min；所述清洗的次数为2次。

一种根据上述的制备方法得到的铒单掺七铝酸十二钙上转换材料掺杂染料敏化光阳极。

上述的铒单掺七铝酸十二钙上转换材料掺杂染料敏化光阳极在制备染料敏化太阳能电池中的应用，能有效提高DSSC电池的效率。

上述的应用，包括以下步骤：将铒单掺七铝酸十二钙上转换材料掺杂染料敏化光阳极与Pt对电极制备成三明治结构，并在其中间注入电解质，制备得到染料敏化太阳能电池。