掺杂SrAl2O4:Eu的TiO2光阳极制备及其光电性能
作为新一代低成本、大潜力、高效率的太阳能电池,染料敏化太阳能电池(DSSC)已经逐步成为未来太阳能电池的发展重点,受到许多学者的关注.DSSC是由光阳极、敏化染料、电解质和对电极组成.作为DSSC核心部件的光阳极对DSSC的光电转换效率非常重要,阳极改性研究也成为近年来的热点.本论文通过向TiO2阳极薄膜中掺杂SrAl2O4:Eu下转换粉体来实现DSSC光电性能的提高.主要内容包括三部分:一是采用阳极氧化法通过调整不同的氧化时间来制备TiO2纳米管,并将其作为光阳极组装成柔性DSSC,探究制备Ti O2纳米管柔性光阳极的最佳氧化时间;二是采用柠檬酸溶胶法在还原气氛下制备SrAl2O4:Eu2+下转换粉体,并把所制备的粉体与Ti O2纳米颗粒复合得到浆料,用丝网印刷法将复合浆料涂在长有TiO2纳米管的钛箔上,制得SrAl2O4:Eu2+/TiO2复合多孔薄膜光阳极,辅以对电极,组装成柔性DSSC,探究SrAl2O4:Eu2+下转换粉体掺杂量对柔性DSSC光电性能的影响;三是采用柠檬酸溶胶法在空气气氛下制备SrAl2O4:Eu3+下转换粉体,并与Ti O2纳米颗粒复合得到浆料,用丝网印刷法将复合浆料涂在FTO导电玻璃上,制得SrAl2O4:Eu3+/TiO2复合多孔薄膜光阳极,辅以对电极,组装成刚性DSSC,探究Sr Al2O4:Eu3+下转换粉体掺杂量对刚性DSSC光电性能的影响.采用XRD和SEM表征TiO2纳米管的晶体结构和形貌;通过XRD和PL对SrAl2O4:Eu2+粉体的结构和荧光性质进行分析;通过DTA、FTIR、XRD、PL测试和BET法对SrAl2O4:Eu3+纳米粉体的生成过程、结构基团、晶体结构、荧光性质和孔性质进行了研究;通过UV-Vis吸收光谱分析SrAl2O4:Eu3+/TiO2复合多孔薄膜的吸光度;通过太阳光模拟器(SS50)及吉时利数字源表(Keithley2400)测试电池的光电性能,分析SrAl2O4:Eu2+掺杂量对柔性DSSC以及SrAl2O4:Eu3+掺杂量对刚性DSSC的光电性能的影响;通过SM-25分光计器测试SrAl2O4:Eu/TiO2复合多孔薄膜光阳极组装电池的IPCE.结果表明:采用阳极氧化法反应9 h制备的Ti O2纳米管阵列结构规整、排列紧密,管的内径为40 nm、外径为80 nm,管长为6.6μm,经500℃热处理可转变为锐钛矿相,测试TiO2纳米管柔性DSSC的光电性能得出,氧化时间为9 h时制备的TiO2纳米管组装的DSSC的光电性能最佳;采用柠檬酸凝胶法制备的SrAl2O4:Eu(Eu2+和Eu3+)纳米粉体结晶完整、晶粒小、粒度分布均匀;由XRD可知Eu2+和Eu3+离子的掺入并没有破坏SrAl2O4基质材料的晶体结构;由荧光光谱可知SrAl2O4:Eu2+和SrAl2O4:Eu3+粉体均可被紫外光激发,SrAl2O4:Eu2+的发射为峰值位于517 nm的宽带发射,而SrAl2O4:Eu3+呈线状发射,最强峰位于611 nm,荧光光谱也表明SrAl2O4:Eu2+和SrAl2O4:Eu3+粉体均有下转换功能,能将紫外光转换成可被N719染料吸收的可见光;IPCE曲线验证了它们的下转换功能;当SrAl2O4:Eu2+的掺杂量为1%时,其对柔性DSSC的光电性能的优化作用最佳,光电转换效率为3.09%,比纯Ti O2纳米管作为光阳极时的DSSC光电效率提高了38.57%,比添加0%SrAl2O4:Eu2+下转换粉体时的效率提高了12.36%;当SrAl2O4:Eu3+的掺杂量为3%时,其对刚性DSSC的光电性能的优化作用最佳,光电转换效率达4.64%,比纯TiO2为光阳极时的DSSC光电效率提高了20%.
- 作者：
- 王丽君
- 学位授予单位：
- 大连工业大学
- 专业名称：
- 材料工程(专业学位)
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2015年
- 导师姓名：
- 马铁成；郝洪顺；田庭燕
- 中图分类号：
- TM914.4
- 关键词：
- 染料敏化太阳能电池；SrAl2O4:Eu；柠檬酸凝胶法；下转换发光
- Dye-sensitized solar cells； SrAl2O4:Eu； Citrate-gel； Down-conversion luminescence