[发明专利]一种可应用于染料敏化太阳能电池的上转化材料、制备方法

摘要

本发明涉及一种可提高太阳能电池的稀土上转换/金纳米粒子材料、制备方法及染料敏化太阳能电池组装的工艺。将染料敏化太阳能电池的效率由4.746%提高到了5.741%，实现了21.0%的效率提升。该发明首先利用水热法制备出上转换效率较高β‑NaYF4:Yb3+,Er3+纳米棒，该材料在510~570 nm有较强发射，与染料N719的吸收波长吻合，因此可作为上转换层将近红外光转化为可被染料吸收的可见光，同时在上转换层的外部增加一层金纳米反射层，一方面反射未被完全被吸收的可见光，另一方面可将上转换的可见光进一步反射回电池内部，进一步实现了光的吸收和利用，将所制备的材料置于电池对电极外部，实现了太阳能电池21%的效率提升。

主权项

1.一种太阳能电池的组装方法，其特征在于：a.事先制备出或得到β‑NaYF4:Yb3+,Er3+材料待用；b. 事先制备出或得到二氧化钛纳米粒子；c.将二氧化钛纳米粒子与聚乙二醇20000制备成为二氧化钛固体含量约为33%的浆料备用；导电玻璃切割成所需大小，用蒸馏水、乙醇、丙酮洗涤，置于乙醇溶液中待用；d.取0.1 ml钛酸四丁酯溶于30 ml乙醇中，取一部分导电玻璃经干燥处理后在其一面上将溶有钛酸四丁酯的乙醇涂布于其上作为致密层待用；e.使用旋涂法将二氧化钛浆料涂布于前一步骤形成导电玻璃的致密层上，将其置于炉中加热至450℃并保温一段时间后取出；f.将N719染料溶于V:V = 1:1的乙腈和叔丁醇混合溶剂中，配置成0.5 mM的浴染溶液备用；g.将二氧化钛电极置于加热炉中，升温至120℃，保持30 min，再在加热炉中降温至100℃，迅速取出，置于浴染溶液当中，浸泡使二氧化钛电极充分吸附染料后取出，用乙腈充分洗涤，在氮气氛下冷风吹干，即得到二氧化钛电极。h.从乙醇中取出待用的另一部分导电玻璃，并在其中的一面镀上贵金属铂，得到电池对电极；i.将事先制备好的β‑NaYF4:Yb3+,Er3+材料配成酒精溶液，经超声处理得到分散性良好的稀土上转换材料酒精溶液，将该溶液滴在对电极非导电面外部—即未镀金属铂的一面，将对电极进行干燥处理至完全干燥后再次继续滴加稀土上转换材料的酒精溶液，直至形成一层均匀的白色稀土上转换材料层，然后再在涂有上转换层的电池对电极上沉积金纳米层；j.用封口膜将一片二氧化钛电极和一片镀有贵金属铂的对电极封装成中空的结构，并在封口膜上预留出小孔，其中：中空结构的一边是二氧化钛层，另一边是镀铂层，再通过预留小孔向中空部分灌注滿由0.6 M的1,2‑二甲基‑3‑丙基咪唑碘、0.05 M的单质碘0.5 M的对叔丁基吡啶和体积比为85/15的乙腈/戊腈构成的电解质，再将预留小孔封住，完成太阳能电池组装。