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染料敏化太阳能电池(DSSC)以其低成本、无毒、寿命长及效率较高而成为新能源领域的研究热点。然而常规DSSC的染料(如N719)只能对紫外及可见光区的光子进行捕获(吸光带边<700nm),并且在位于蓝紫高能光区的吸光度也有待进一步提高。在紫外光的作用下,Ti O2粉体会产生大量的激子对,这使得DSSC中发生大量复合反应。而在红外光区(占太阳光能量的43%)的吸收空白也成为了限制DSSC效率进一步提升的重要瓶颈。因此对太阳光中红外光尤其近红外光的利用以及复合反应的抑制成为了进一步提高DSSC光电性能的重要方法。对于上转换材料在DSSC中的作用机理科研工作者们一直存在争议。本论文以简单、易制的2%Er,50%Yb-YF3为例子,通过表面光电压谱、上转换荧光光谱、单色光效率谱等多种方法研究了上转换材料在DSSC光阳极中的作用机理。实验结果表明上转换材料和染料发生了荧光共振能量传递(Fr?ster resonance energy transfer,FRET)并且其传递效率远高于光媒能量传输(Luminescence-media energy transfer,LET,其传递效率受上转换材料低量子产率的限制而不够高效)。除此之外,在实验中还发现了烧结使得上转换材料与Ti O2形成共用晶格,并产生了一种类荧光共振作用,使得上转换材料可以将激发态电子直接注入到Ti O2导带中。通过上转换修饰使得电池最高效率提高到6.76%,比空白DSSC提高了43.5%。而后我们研究了基质和发光离子对FRET作用和电池性能提高的影响,研究发现随着基质的改变,Na YF4为基质时上转换发光强度高于YF3,而当Ho3+为发光离子时其发光单色性更强,从而使得能量传递集中在高效的绿光FRET过程。因此电池性能排序为:DSSC(2%Ho,18%Yb-Na YF4)>DSSC(2%Ho,18%Yb-YF3)>DSSC(2%Er,18%Yb-Na YF4)>DSSC(2%Er,18%Yb-YF3)。选用多金属氧酸盐(POM,同多酸:十钨酸,DA;杂多酸:Si W11Co)修饰Ti O2,组装DSSC,通过表面光电压、紫外可见吸收光谱、Mott-Schottky曲线和开路电压衰减谱等测试,分析了POM在DSSC中的作用机理:POM能够增强DSSC位于可见光区尤其蓝紫高能光区的能量吸收,起到类似共敏化的作用;POM还能够吸收紫外光,从而抑制了复合的发生,使得电池性能有所增强。实验表明十钨酸修饰DSSC使得电池效率从7.59%提高到8.37%。而Si W11Co修饰DSSC使得短路电流密度大幅提高(11.01 m A cm-2→18.05 m A cm-2),电池光电转换效率从5.2%提高到6.0%。将稀土元素引入到导电粉FTO(F掺杂Sn O2)中,制备UC-FTO上转换纳米粉体作为对电极材料组装DSSC。UC-FTO粉体可以替代传统DSSC中成本高昂的Pt对电极,从而明显降低DSSC的成本(其成本约为Pt的1/20)。采用UC-FTO粉体作为DSSC的对电极,使得电池光电转换效率提高到7.30%,相比以Pt为对电极的DSSC(6.69%),电池效率提高了9.12%。这种将上转换性能引入到电池对电极中的策略被证明可行,不但能够提高电池的性能,还能够大幅降低电池的成本。