[发明专利]一种上转化稀土氟化物与氧化铜复合电极的制备方法

说明书

本发明公开了一种上转化稀土氟化物与氧化铜复合电极的制备方法。其特点在于将上转化稀土氟化物材料NaYF₄:Yb³⁺，Er³⁺与CuO电极进行复合，在980nm激光光源照射下，复合电极的光电性能得到明显提高。NaYF₄晶体有两种多晶型，即热力学稳定六方相(β)和高温亚稳态立方相(α)，分别可在高温与室温下制备所得，由于六方相NaYF₄:Yb³⁺，Er³⁺上转化效率远高于立方相，选择热力学稳定六方相的NaYF4:Yb³⁺，Er³⁺电极与另一块沉积CuO的ITO衬底通过物理方法进行粘结，980nm激光经ITO衬底沉积得到的NaYF4:Yb³⁺，Er³⁺薄膜上转换为可见光，部分透射光作用于CuO薄膜，可实现更大范围太阳能光谱的利用。

技术领域

本发明涉及光电化学阴极电极材料的改性，尤其涉及一种制备上转化稀土氟化物与氧化铜复合电极的方法。

背景技术

近些年来，可再生能源发电是众多学者的研究热点，其中将太阳能转换为光伏(PV)是很有前景的方案。由于太阳能电池的低功率转换效率，相关光伏技术的应用仍有所限制，提高光伏能量转换的效率的主要困难在于入射太阳光谱的光子能量分布和半导体材料带隙之间的光谱失配。阳光的总照度(AM 1.5G)的光谱分布包括从紫外线到红外线(280-2500nm，0.5-4.4eV)宽波长的光子，但目前的PV电池仅利用太阳光子的相对小的部分，即每个PV材料响应能量匹配特定的材料带隙的窄范围太阳能光子。为了增加单结太阳能电池的效率，包括上转换，量子切割，和下转化的三个发光过程正被探索开发出高效的光伏设备。三价稀土离子因其丰富的能级结构，可实现简便的光子管理，引起了研究人员的广泛关注。

上转换发光材料可通过吸收多个光子或能量转移，将低能量近红外光转换为高能量紫外或可见光。在各类荧光体中，稀土(RE)材料是非常重要的物质。对于Yb³⁺/Er³⁺和Yb³⁺/Tm³⁺上转换系统，NaYF₄可以减少非辐射损失，从而产生强烈的上转换发光，是最有效的主体材料之一。此外，六方相的NaYF₄:Yb³⁺，Er³⁺表现出的上转换效率比其立方相有数量级的增强。窄带隙使CuO可在较大的能量范围内吸收太阳光谱，这是CuO作为一种极有前途的光电阴极用于水的分解的优点。

在CuO-PV半电池中，能量低于CuO带隙的太阳能光子无法被利用，极大地阻碍了太阳能的转化效率。本发明中，借鉴了化学电沉积制备上转化稀土氟化物与氧化亚铜复合电极的想法，即先化学电沉积制备NaYF₄薄膜，再化学电沉积Cu₂O薄膜，但针对CuO而言，化学电沉积复合两层均匀薄膜并不容易成功制备，本发明采用首先分别电沉积制备单块电极再用导电胶进行物理粘结复合的办法，可克服化学电沉积复合制备不易成功的缺陷，利用上转化稀土氟化物与氧化铜复合电极可提高太阳能光谱的转化率，有望对太阳光进行更大波谱范围的开发利用。

发明内容