基于提高太阳能电池效率的上转换材料的制备及吸光层的研究

发布时间：2020-08-04 07:42

【摘要】：近几年来稀土上转换发光材料涉及到了太阳能电池、信息产业、节能照明、医学等各个领域,成为了目前的研究重点,而寻找新型高效的稀土上转换发光材料就显得尤为重要。钼酸盐ARE(MoO_4)_2作为基质材料,其结构为四方体结构,其钼离子位于四面体的对称中心,外面被4个O_2包围着,具有相对好的稳定性、声子能量低、可以使无辐射跃迁引起的损耗降低、物理和化学性能稳定的优点,因此本文选择研究稀土掺杂的钼酸钆钠的上转换发光特性,主要研究内容如下:钙钛矿太阳能电池因其转换效率高、制备工艺简单、成本低廉等优点而被认为是最有应用前景的电池之一,目前最高转换效率已达22.1%。对于钙钛矿太阳能电池来说,制备高质量的钙钛矿薄膜至关重要,溶液法因工艺简单、制造成本低、能耗低、环境友好等优点而被广泛应用。本文采用一步旋涂法和两步溶液法制备CH_3NH_3PbI_3型钙钛矿薄膜,通过XRD、SEM、光谱分析等测试手段及数据分析,研究旋涂速度、退火温度对钙钛矿薄膜的晶体结构、形貌、晶粒尺寸及吸光性能的影响规律。采用水热法制备了Tm~(3+)/Yb~(3+)和Ho~(3+)/Yb~(3+)掺杂的两个系列的NaGd(MoO_4)_2荧光粉。通过对其光谱的分析,在980nm激光照射下,NaGd(MoO_4)_2:xTm,5Yb(x=0.5,1,2)有蓝色(477nm)和红色(672nm)两个发射峰,且随着Tm~(3+)掺杂浓度的增加,发光强度逐渐降低。NaGd(MoO_4)_2:xHo,5Yb(x=0.5,1,2)在980nm激光照射下,有绿色(546nm)发射峰和红色(661nm)发射峰,且随着Ho~(3+)的掺杂浓度升高,发光强度越低。采用水热法制备NaGd(MoO_4)_2:0.1Ho~(3+),1Tm~(3+),xYb~(3+)(x=5,10,15,20,30),在980nm激光照射下,样品NaGd(MO_4)_2:0.1Ho/1Tm/20Yb的色坐标为(0.3398,0.2761),处在白光区域。采用高温固相法制备NaGd(MoO_4)_(2:)0.1Ho~(3+),1Tm~(3+),xYb~(3+)(x=5,15,20,30),通过上转换光谱和CIE色坐标分析,NaGd(MoO_4)_(2:)0.1Ho~(3+),1Tm~(3+),20Yb~(3+)的色坐标处在白光区域,为白光LED提供新的实现方式。
【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TB383.2;TQ422;TM914.4
【图文】：

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阳能电池凭借着制备工艺简单、成本低廉、可制备柔性器件等优点而受存在的问题是使用寿命和转换效率都较低，最高效率也不足 12%[11-14]。染池的工作原理类似于植物的光合作用，这种新型的电池是以纳米二氧化钛原料，凭借成本低廉，绿色环保而备受关注，但是由于稳定性差使得不能]。量子点电池的优点在于成本低且可制备柔性器件，但由于量子点之间易致覆盖率较低，使得其最高转换效率为 10.6%，还无法和染料敏化太阳能-18]。

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再把空穴传输材料旋涂在钙钛矿吸光层上，最后镀金。平面异质结钙钛矿太阳能电池如图1.2b 所示，在这种结构电池种是将钙钛矿的吸光层直接旋涂或者蒸镀在致密 TiO2上，然后在吸光层上旋涂空穴传输层，最后镀金。平面异质结钙钛矿太阳能电池制备起来比较容易。倒型钙钛矿电池之所以受到关注是由于其制备工艺更简单、反应温度较低等[41]。目前常见的钙钛矿太阳能电池是以导电玻璃 FTO(掺氟的 SnO2)作为基底，电子传输材料采用纳米级别的 TiO2，CH3NH3PbI3作为吸光层，Spiro-MeOTAD 作为空穴传输层，Ag 或者 Au 作为金属电极，

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图 1.3 常见钙钛矿太阳能电池：(a)基本结构，(b)工作原理示意图b 中可以看出，当电池受到太阳光照射时，钙钛矿层首先吸收对，电子通过电子传输层被 FTO 收集；空穴通过空穴传输层电极和 FTO 产生电流。在这一过程中，当吸光层产生的电子降低器件的效率，我们所要做的工作就是减少其复合的几率电转换效率的根源[42-46]。矿太阳能电池对于近红外区域的光的吸收一般较低，这是太一个本身原因，而对于提高钙钛矿太阳能电池的光电转换效是提高了太阳能电池的光电转换效率。稀土发光材料能有效的近红外光转变成可见光，因此我们考虑将稀土发光材料与而达到提高光电转换效率的目的。光材料的概述

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