红外－可见全吸收染料敏化太阳能电池用敏化材料

本项目针对目前染料敏化太阳能电池所用敏化染料对占太阳光48%的红外光几乎没有开发利用的问题，采用对红外光有强吸收的上转换发光材料和光谱性能与之匹配的敏化染料共同使用，利用上转换发光材料将近红外光转化为可被敏化染料吸收的可见光，实现对太阳光中的红外光和可见光的全利用。通过对不同稀土离子掺杂到不同基质中制备的纳米上转换发光材料的吸收和发射光谱的研究，建立其组成与光谱性能的内在关系，达到拓宽其吸收光谱和提高上转换效率的目的；通过研究纳米上转换材料的粒径大小、晶型、形貌和表面性能等因素对产品吸收和发射光谱的影响，探索上转换发光材料的产品特性对红外光利用性能的影响规律；通过制备条件调节上转换材料的发射波长和对染料进行结构修饰调节染料的吸收波长，寻找纳米上转换材料与敏化染料的匹配性；最终通过对太阳光中的红外光和可见光的全利用以期提高染料敏化太阳能电池的效率。

本项目针对目前染料敏化太阳能电池所用敏化染料对占太阳光48%的红外光几乎没有开发利用的问题，合成对红外光有强吸收的上转换发光材料，将其应用于染料敏化太阳能电池，实现对太阳光中的红外光和可见光的全利用。 .首先采用水热-溶剂热法合成NaYF4:Yb,Er纳米晶体。在以油酸(OA)为配体时，通过少加或不加NaOH，降低反应液的pH值，NaYF4:Yb,Er的发光强度显著增强，以pH=8.3条件下合成的NaYF4:Yb,Er为参照(常规法合成)，当pH值为7.4, 6.9和5.9时，NaYF4:Yb,Er 在544 nm绿光处的发光强度分别增强了32, 42和48倍。.改变配体中的碳链长度，分别选择丁酸、己酸、癸酸、十四酸为新的配体与常规配体油酸水热-溶剂热法合成NaYF4:Yb,Er纳米晶体，随着单羧酸配体中碳链长度的增长，NaYF4:Yb,Er的发光强度逐渐减弱，与油酸相比，丁酸、己酸、癸酸和十四酸合成的NaYF4:Yb,Er 544 nm绿光处的发光强度分别增强了25, 21, 6.6和3倍。以不同碳链长度的配体合成的NaYF4:Yb,Tm 发光强度具有相同的规律。.利用纳米异质结构的形成有利于异质结构中两种材料电荷传递的特点，将NaYF4: Yb3+, Er3+与TiO2制备成纳米异质结构。TiO2/UCNPs纳米异质结构中，两者之间生成了共有界面，大大提高了由UCNPs到TiO2导带电子注入的可能性。将该纳米异质结构应用于染料敏化太阳能电池的光阳极，电池的效率比未加入上转换材料的电池提高了17%。这个效率提高的结果主要是由于电子直接由UCNP注入到TiO2导带造成的。