一种双向转光剂GdBO3:Yb制造技术

本发明专利技术涉及一种双向转光剂GdBO3:Yb

【技术实现步骤摘要】
一种双向转光剂GdBO3:Yb3+/Tb3+辅助的光阳极及其制备方法和应用
本专利技术属于量子点敏化太阳能电池领域，尤其涉及双向上下转光剂GdBO3:Yb3+/Tb3+辅助的光阳极及其在CdSe0.4S0.6量子点敏化太阳能电池中的应用。
技术介绍
太阳能是地球上最丰富的能源，然而把丰富的太阳能高效地转化为电能一直是一个重要的科学难题。目前，以量子点敏化太阳能电池(QDSSCs)和染料敏化太阳能电池(DSSCs)为代表的第三代太阳能电池，因为廉价和环保的优点(相较于传统的硅太阳能电池和第二代薄膜电池)受到了世界各国研究人员的关注。特别地，QDSSCs作为一种由无机物敏化的太阳能电池有很多值得关注的优点，如制作成本较低，理论上有44％的能量转化效率。而且CdS，CdSe和CdSeS等无机量子点敏化剂较有机染料有更大的潜在利用价值，如光稳定性强，摩尔消光系数高，多激子效应等。除此之外，II-VI族量子点因为与TiO2能带匹配较好，光生电子能较快从量子点注入TiO2导电层，因此被广泛的研究。然而，有很多因素制约着QDSSCs效率的提高，其中主要原因有敏化剂吸收光谱与太阳辐射光谱之间存在不匹配，光谱利用率较低。尽管已经有好多方法被用在扩宽量子点吸收范围上，例如改变量子点的尺寸和共敏化等，但是改变很小。在这些量子点中，CdSexS1-x不仅有较高的单色入射光子-电子转换效率，而且可以通过调节Se的含量调整光谱吸收红移，是一种有潜在利用价值的半导体量子点材料。然而，由于太阳光谱是连续的宽光谱，而CdSexS1-x只能吸收太阳光谱中的可见光，紫外光和红外光的能量损失较大，光谱利用率较低，极大的限制了光电转化效率的提高。因此拓宽量子点光敏剂的吸光范围，提高光谱利用率依然是目前最为紧迫的任务。实际上，高效的上转光剂或下转光剂作为潜在的光谱转换材料已成功地被应用于DSSCs，事实也已经证明将稀土离子转光剂掺杂进TiO2光阳极作为光散射层和转光层可以有效提高DSSCs的转化效率。相似的，将转光剂用于QDSSCs也可以提高能量转化效率。Sun等，利用长余辉下转换荧光粉Sr4Al14O25:Eu,Dy使CdS敏化QDSSCs能量转换效率(PCE)提高38％。上述工作都显示了稀土转光剂与半导体材料结合间接拓宽光吸收范围，提高光谱利用率方面的优势，但他们只是单方向的利用了转光剂的上转光或下转光性质，而双向上下转换发光剂在QDSSCs中应用的相关文献目前还没有被报道。
技术实现思路
为了弥补CdSe0.4S0.6量子点太阳能电池在紫外光区和红外光区对光吸收较弱的问题，本专利技术首次将双向上下转光剂GdBO3:Yb3+/Tb3+引入CdSe0.4S0.6量子点太阳能电池用以提高电池的性能。作为光敏剂的CdSe0.4S0.6量子点能吸收650nm以下的光，而双向上下转光剂GdBO3:Yb3+/Tb3+可以吸收紫外和红外光，并且转换为450-650nm的光。将转光剂引进TiO2膜，从而达到间接为量子点提供不能吸收的紫外光和红外光。这种转换能有效提高CdSe0.4S0.6量子点太阳能电池的光捕获效率，进而提高太阳能电池的光电转换效率。本专利技术采用的技术方案是：一种双向转光剂GdBO3:Yb3+/Tb3+辅助的光阳极，所述的双向转光剂GdBO3:Yb3+/Tb3+辅助的光阳极是CdSe0.4S0.6/(GdBO3:Yb3+/Tb3+@TiO2)光阳极。一种双向转光剂GdBO3:Yb3+/Tb3+辅助的光阳极的制备方法，是利用连续离子层吸附与反应(SILAR)技术制备。包括如下步骤：将镀有GdBO3:Yb3+/Tb3+@TiO2薄膜的FTO依次经在硝酸镉溶液中沉浸1分钟、甲醇漂洗和空气中晾干的离子层吸附处理；在Na2Se0.4S0.6溶液中沉浸1分钟、甲醇漂洗和空气中晾干的反应(SILAR)处理；重复连续离子层吸附与反应(SILAR)技术6-8次。所述的硝酸镉溶液由硝酸镉、水和甲醇混合制成；所述的Na2Se0.4S0.6溶液由Se粉、Na2S·9H2O、水和甲醇混合制成。所述的镀有GdBO3:Yb3+/Tb3+@TiO2薄膜的FTO的制备方法包括如下步骤：将GdBO3:Yb3+/Tb3+纳米粉体加入二氧化钛溶胶中，超声分散30分钟，剧烈搅拌30分钟，得旋涂液，将旋涂液以1800转/分钟，在FTO基质上旋涂20秒，80℃干燥，降到室温，重复旋涂、干燥降温步骤2-4次后，转入马弗炉中，550℃煅烧1小时。优选的，GdBO3:Yb3+/Tb3+纳米粉体与二氧化钛溶胶的料液比为5-20mg:10mL。更优选的，料液比为10mg:10mL。优选的，所述的二氧化钛溶胶的制备方法包括如下步骤：于去离子水、浓硝酸和无水乙醇的混合液中，逐滴加入钛酸四丁酯的乙醇溶液，搅拌陈化5小时，得到透明的二氧化钛溶胶。优选的，所述的GdBO3:Yb3+/Tb3+纳米粉体采用改进的溶胶-凝胶Pechini法合成。方法包括如下步骤：将Gd2O3、Yb2O3和Tb2O3溶解在适量的浓HNO3中，通过蒸发溶液除去过量的酸，获得稀土硝酸盐；将稀土硝酸盐溶解在去离子水中，然后加入过量柠檬酸和过量乙二醇，搅拌均匀后加入过量的H3BO3，搅拌10-15分钟，所得均相溶液在80℃下干燥，得黑色树脂，所得黑色树脂在900℃下煅烧3小时，得GdBO3:Yb3+/Tb3+纳米粉体。上述的一种双向转光剂GdBO3:Yb3+/Tb3+辅助的光阳极在CdSe0.4S0.6量子点敏化太阳能电池中的应用。方法如下：将多硫化物电解液滴加在CdSe0.4S0.6/(GdBO3:Yb3+/Tb3+@TiO2)光阳极的CdSe0.4S0.6/(GdBO3:Yb3+/Tb3+@TiO2)薄膜上，接着将Cu2S对电极盖在滴有适量多硫化物电解液的CdSe0.4S0.6/(GdBO3:Yb3+/Tb3+@TiO2)薄膜上形成一个三明治结构，用胶膜将光阳极和对电极隔离开。所述的Cu2S对电极通过化学浴沉积法制备，包括如下步骤：将CuSO4·5H2O溶于无氧去离子水中，搅拌至完全溶解后加入Na2S2O3·5H2O，得混合液，将FTO玻璃的导电面朝下倾斜浸入混合液中，保持90℃水浴1h后，用去离子水冲洗，空气中干燥。所述的多硫化物电解液是将Na2S，S粉和KCl溶解在甲醇和水的混合溶液中，制备而成。上述制备的CdSe0.4S0.6/(GdBO3:Yb3+/Tb3+@TiO2)光阳极和多硫化物电解液，Cu2S对电极共同被组装成三明治结构的太阳能电池器件，并对其光电性质进行了测试。其机理如下：在太阳光的照射下，由于GdBO3:Yb3+/Tb3+纳米粒子是一种双向上下转光剂，能吸收紫外光和红外光，然后转化发射出可见光，而发射的可见光可以被CdSe0.4S0.6量子点利用。没有被GdBO3:Yb3+/Tb3+吸收的可见光，一部分直接照射在CdSe0.4S0.6量子点上被吸收利用，另一部分经过转光剂的反射，然后照射在量子点上，被量子点利用。量子点吸收的可见光可以激发量子点的价带电子进入导带，然后CdSe0.4S0.6量子点的导带电子转移进入TiO2导带，接着经过FTO导电玻璃通向外电路，最后到达Cu2S对电极。另一方面，量子点价带产生的空穴本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双向转光剂GdBO3:Yb

【技术特征摘要】
1.一种双向转光剂GdBO3:Yb3+/Tb3+辅助的光阳极，其特征在于：所述的双向转光剂GdBO3:Yb3+/Tb3+辅助的光阳极是CdSe0.4S0.6/(GdBO3:Yb3+/Tb3+@TiO2)光阳极。2.一种双向转光剂GdBO3:Yb3+/Tb3+辅助的光阳极的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将镀有GdBO3:Yb3+/Tb3+@TiO2薄膜的FTO依次在硝酸镉溶液中沉浸1分钟、甲醇漂洗、空气中晾干、在Na2Se0.4S0.6溶液中沉浸1分钟、甲醇漂洗、空气中晾干；重复6-8次；所述的硝酸镉溶液由硝酸镉、水和甲醇混合制成；所述的Na2Se0.4S0.6溶液由Se粉、Na2S·9H2O、水和甲醇混合制成。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述的镀有GdBO3:Yb3+/Tb3+@TiO2薄膜的FTO的制备方法包括如下步骤：将GdBO3:Yb3+/Tb3+纳米粉体加入二氧化钛溶胶中，超声分散30分钟，剧烈搅拌30分钟，得旋涂液，将旋涂液以1800转/分钟，在FTO基质上旋涂20秒，80℃干燥，降到室温，重复旋涂、干燥、降温步骤2-4次后，转入马弗炉中，550℃煅烧1小时。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，GdBO3:Yb3+/Tb3+纳米粉体与二氧化钛溶胶的料液比为5-20mg:10mL。5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述的二氧化钛溶胶的制备方法包括如下步骤：于去离子水、浓硝酸和无水乙醇的混合液中，逐滴加入钛酸四丁酯的乙醇溶液，搅拌陈化5小时，得到透明的二氧化钛溶胶。6.根据权利要求3所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：王君，刘旭东，张朝红，张旭，赵成，房大维，刘逸伦，
申请(专利权)人：辽宁大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21