CN103811187A - 一种稀土共掺杂晶态发光材料的制备及其在杂化太阳电池中的应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种稀土共掺杂晶态发光材料的制备及其在杂化太阳电池中的应用，其制备方法为：将稀土氧化物溶于浓盐酸完全溶解成澄清溶液，将配备的饱和盐溶液加入澄清溶液中至完全沉淀，煅烧取粉末掺到TiO₂胶体中，以多孔n型掺杂稀土的半导体TiO₂纳米材料为光阳极，通过空穴传输层PEDOT:PSS和电子复合形成电子-空穴对完成一个循环，最后制得稀土共掺杂晶态发光材料杂化太阳电池。本发明的优点是：成功了合成稀土共掺杂晶态发光材料，通过改变掺杂的稀土离子和沉淀剂使太阳能电池p型半导体和n型半导体能级匹配，提高太阳能电池光电转换效率。

Description

一种稀土共掺杂晶态发光材料的制备及其在杂化太阳电池中的应用

技术领域

    本发明涉及一种发光材料的制备，尤其涉及一种稀土共掺杂晶态发光材料的制备及其在杂化太阳电池中的应用。

背景技术

能源问题是现代社会的焦点问题，太阳能资源丰富且洁净、无污染，是未来的能量之源。太阳能电池研究日新月异，最早开发的晶体硅太阳能电池成本太高，其普遍应用受到限制;染料敏化太阳能电池由于液体的泄漏、电池封装困难等原因限制了这类太阳能电池的使用和寿命。由有机物电子给体、无机电子受体的共混体系组成的有机无机杂化太阳能电池，既具有有机电池的优点，又具有无机半导体的很多优良性能，如能级可调、大的消光系数以及多光子效应等，并且相对其他类电池，原材料便宜; 可以在低温、非真空条件下组装;有机半导体具有较高电子吸收能力;易于利用液相Roll－to－Roll技术规模化组装太阳能电池，进一步降低生产成本。

   本发明用水热法和共沉淀法的特点，成功了合成稀土共掺杂晶态发光材料，通过改变掺杂的稀土离子和沉淀剂使太阳能电池p型半导体和n型半导体能级匹配，提高太阳能电池光电转换效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种稀土共掺杂晶态发光材料的制备，在太阳能电池中，p型半导体作为吸光材料对提高电池效率起着决定性的作用,制备处于可见光范围发射峰和良好稳定性的稀土共掺杂晶态发光材料是制备高效率太阳能电池的关键技术。

本发明是这样来实现的，其特征是步骤如下：

(1)将稀土氧化物溶于浓盐酸，一边加热一边搅拌，直至完全溶解成透明澄清的溶液；

(2)调pH至中性范围，配备饱和沉淀剂溶液（本实验中采用饱和硅酸钾溶液）；P

(3)将饱和盐溶液加入澄清溶液中至完全沉淀，抽滤洗涤；

(4)煅烧取粉末，将粉末掺到TiO₂ 胶体中；

(5)以多孔n型掺杂稀土的半导体TiO₂纳米材料为光阳极，当太阳光照射光阳极时，P3HT电子从价带跃迁至导带并注入稀土掺杂TiO₂的导带中经由FTO导电玻璃连接负载传递给铂金背电极，最后通过空穴传输层PEDOT:PSS和电子复合形成电子-空穴对完成一个循环；

(6)通过上述方法可制得高光电转换效率、低成本易组装的稀土共掺杂晶态发光材料杂化太阳电池。

本发明所述稀土共掺杂晶体掺杂TiO₂胶体的制备及太阳能电池的组装，其特征在于可通过如下步骤实现：

（1）以摩尔比为95:5取氧化钇粉末和所需稀土氧化物粉末，溶解在浓盐酸中，边溶解边搅拌直至 溶液澄清；

（2）用1mol/L的NaOH溶液来调节上述所得溶液的PH值到中性范围，之所以要调节PH值是因为在酸性条件下，加入了沉淀剂硅酸钾后很容易产生二氧化硅混淆稀土盐的沉淀；

（3）采用共沉淀法，将配备的硅酸钾溶液作为沉淀剂慢慢加入上述调好pH的溶液中，直到不再产生白色沉淀为止；

（4）将得到的白色沉淀抽滤洗涤，该步骤是为了洗掉溶液中的钾离子和钠离子；

（5）将得到的白色沉淀煅烧850^。C 150min后研磨即得到所需要的粉末，将得到的粉末掺杂到TiO₂胶体当中；

（6）以多孔TiO₂为n型半导体，将TiO₂旋涂到FTO导电玻璃导电层上形成一层薄膜，将其浸泡在P3HT中，浸泡完后往样品层上再旋涂一层空穴传递层PEDOT:PSS；选用铂金电极作为背电极，以模拟太阳光源照射光阳极通过电化学工作站测量太阳能电池光电转换效率；PEDOT:PSS作为空穴传输层可以促进空穴传输，避免电子-空穴对的复合。

本发明的优点是：成功了合成稀土共掺杂晶态发光材料，通过改变掺杂的稀土离子和沉淀剂使太阳能电池p型半导体和n型半导体能级匹配，提高太阳能电池光电转换效率。

具体实施方式

以下对本发明的实施例作进一步详细描述，但本实施例并不用于限制本发明，凡是采用本发明的相似结构及其相似变化，均应列入本发明的保护范围。

一、稀土共掺杂晶体制备具体步骤如下：

1）称取摩尔比为95:5的氧化钇和稀土氧化物加入50ml的小烧杯中。

2）将小烧杯60^。C油浴，同时往小烧杯中加入浓盐酸，边用玻璃棒搅拌，直至粉末完全溶解。

3）将NaOH溶液缓慢用胶头滴管滴入溶液中，调节pH到中性 。

4）加入硅酸钾溶液沉淀剂直至不再产生白色沉淀。

 5）将沉淀抽滤洗涤然后在850^。C煅烧150mins 。

6）研磨得到所需要的粉末。

二、稀土共掺杂晶体材料掺杂TiO₂胶体的具体步骤：

1）取10ml钛酸正四丁酯加入100ml的蒸馏水中，水解。

2）抽滤洗涤。

3）加入0.8ml浓硝酸，1ml乙酸，80^。C反应至溶液澄清。

4）加水170ml继续反应至溶液成淡蓝色。 

5）取上述所得的稀土粉末，共同放入反应釜中200^。C水浴12h。  6)加0.4g P25超声30min。 

7）水浴200^。C 12h。  

8）去清液，去白色胶体和0.8g PEG2000 和1ml OP乳化剂 80^。C浓缩。

  三、稀土共掺杂晶态发光材料杂化太阳电池组装具体步骤如下：

1）取1.5*2.0cm²的FTO导电玻璃于丙酮、无水乙醇和水摩尔比为2:2:1的溶液中超声清洗10min，随即用去离子水清洗掉有机溶剂，将洗净的导电玻璃烘干。

2)在导电玻璃导电层旋涂一层多孔掺杂稀土氧化物的TiO₂膜，然后将含有TiO₂膜的导电玻璃在P3HT溶液的称量瓶中浸泡24h使得P3HT充分吸附在TiO₂分子上。

3）往吸附好P3HT的TiO₂膜上旋涂一层PEDOT:PSS，用铂金电极夹在PEDOT:PSS上层组装成稀土共掺杂晶态发光材料杂化太阳电池。

  四、通过上诉步骤可制备出低成本、半高峰宽大的稀土共掺杂晶态发光材料杂化太阳电池,满足高效太阳能电池制备工艺的要求。

Claims (2)

1.一种稀土共掺杂晶态发光材料的制备，其特征是步骤如下：

(1)将稀土氧化物溶于浓盐酸，一边加热一边搅拌，直至完全溶解成透明澄清的溶液；

(2)调pH至中性范围，配备饱和沉淀剂溶液；

(3)将饱和盐溶液加入澄清溶液中至完全沉淀，抽滤洗涤；

(4)煅烧取粉末，将粉末掺到TiO₂ 胶体中；

(5)以多孔n型掺杂稀土的半导体TiO₂纳米材料为光阳极，当太阳光照射光阳极时，P3HT电子从价带跃迁至导带并注入稀土掺杂TiO₂的导带中经由FTO导电玻璃连接负载传递给铂金背电极，最后通过空穴传输层PEDOT:PSS和电子复合形成电子-空穴对完成一个循环；

(6)通过上述方法可制得稀土共掺杂晶态发光材料杂化太阳电池。

2.一种根据权利要求1所述的稀土共掺杂晶体掺杂TiO₂胶体的制备及太阳能电池的组装，其特征在于可通过如下步骤实现：

（1）以摩尔比为95:5取氧化钇粉末和所需稀土氧化物粉末，溶解在浓盐酸中，边溶解边搅拌直至溶液澄清；

（2）用1mol/L的NaOH溶液来调节上述所得溶液的PH值到中性范围；

（3）采用共沉淀法，将配备的硅酸钾溶液作为沉淀剂慢慢加入上述调好pH的溶液中，直到不再产生白色沉淀为止；

（4）将得到的白色沉淀抽滤洗涤；

（5）将得到的白色沉淀煅烧850^°C 150min后研磨即得到所需要的粉末，将得到的粉末掺杂到TiO₂胶体当中；

（6）以多孔TiO₂为n型半导体，将TiO₂旋涂到FTO导电玻璃导电层上形成一层薄膜，将其浸泡在P3HT中，浸泡完后往样品层上再旋涂一层空穴传递层PEDOT:PSS；选用铂金电极作为背电极，以模拟太阳光源照射光阳极通过电化学工作站测量太阳能电池光电转换效率；PEDOT:PSS作为空穴传输层可以促进空穴传输，避免电子-空穴对的复合。