六方相NaYF4:Yb3+,Er3+/SiO2/TiO2双壳层结构亚微米片在染料敏化太阳能电池中的应用

摘要

首先用水热法制备出了六方相的镱铒共掺杂的四氟钇钠上转换亚微米片,紧接着用无定型二氧化硅和锐钛矿二氧化钛对其进行了包裹,最终将其作为散射层和上转换层应用在了染料敏化太阳能电池双层结构光阳极中.未经包裹、经单层二氧化硅包裹和经二氧化硅与二氧化钛双壳层包裹的片状亚微米片均表现出很好的散射效果,从而有效提高了光阳极的光捕获能力.然而,基于未经包裹的亚微米片的电池相对于基于透明二氧化钛膜的电池而言光电转换效率反而有明显的下降,这可能是由于四氟忆钠上转换晶体表而缺陷和在锻烧过程中上转换晶体中的离子受到热扩散而掺入了二氧化钦晶格当中对阳极膜中电子传输产生了不利影响.用二氧化硅对裸露的上转换亚微米片进行包裹处理并应用在光阳极散射层中时,电池的性能有了很大的提升,表明二氧化硅成功将上转换晶体与外界隔离开,避免了其对电子传输的影响.最后,基于二氧化硅和二氧化钛双壳层结构的电池表现出了最高的光电转换性能(7.7%),相比基于裸露亚微米片的电池器件(5.22%)而言有了47.5%的提升.这是因为其不仅将上转换亚微米晶体与外界隔离开,同时具有很好的散射效果,并且二氧化钛层增加了光阳极膜染料吸附量的原因.另外,在980 nm近红外激光的激发下,测出了电池的光电流-电压曲线,表明了基于上转换材料的染料敏化太阳能电池的确可以将近红外区域的太阳光转换为光电流的能力.尽管上转换作用在电池性能提高中的贡献很微弱,但是我们的工作为后续基于上转换材料在染料敏化太阳能电池中的应用的研究提供了一条新的途径.