【摘 要】
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随着能源的日渐紧缺以及对清洁能源的需求,太阳能电池的发展已经成为目前国家竞争的重要赛道之一。稀土发光材料因为其上转换发光与量子剪裁特性,已经被应用于太阳能电池领域。稀土发光材料良好的发光特性离不开好的基质材料,NaGdF4由于拥有调节稀土杂质之间能量交换的能力被认为是理想的基质材料。本文选取NaGdF4作为研究上转换和量子剪裁的发光基质材料,并将其应用于钙钛矿太阳能电池的多孔层,旨在提高钙钛矿层的
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随着能源的日渐紧缺以及对清洁能源的需求,太阳能电池的发展已经成为目前国家竞争的重要赛道之一。稀土发光材料因为其上转换发光与量子剪裁特性,已经被应用于太阳能电池领域。稀土发光材料良好的发光特性离不开好的基质材料,NaGdF4由于拥有调节稀土杂质之间能量交换的能力被认为是理想的基质材料。本文选取NaGdF4作为研究上转换和量子剪裁的发光基质材料,并将其应用于钙钛矿太阳能电池的多孔层,旨在提高钙钛矿层的光吸收率,从而提高电池的光电转换效率。目前,钙钛矿电池的优化方向之一是提高其对太阳光的利用率,我们提出将18NRT与NaGdF4:Ho3+/Yb3+混合制备多孔层来实现上述目的。同时,本文还研究了不同抑水剂对致密层的影响以及制备方法对钙钛矿层性能的影响。通过XRD和SEM对样品进行表征,旨在制备出形貌良好,高结晶度的钙钛矿层与致密层。因此我们展开了如下工作:我们采用水热法制备了NaGdF4:Ho3+/Yb3+发光材料。用980 nm激光器作为光源,测试得出样品发射波长位于绿光区和近红外光区。为了进一步提高上转换效率,我们通过调节敏化剂Yb3+掺杂浓度,发现可见光和近红外发射峰强度先增强再减弱,发生浓度猝灭。在量子剪裁过程中,随着Yb3+掺杂浓度的增加,448 nm激发下NaGdF4:Ho3+/Yb3+在可见光和近红外的发光强度先增强再减弱。通过寿命衰减计算得到Yb3+掺杂浓度为40%的量子剪裁效率最高,在541 nm处的能量传递效率是79.8%,量子效率为179.8%。鉴于钛酸丁酯具有强水解性,在制备TiO2致密层的过程中会产生中间副产物,于是我们分别选择二乙醇胺、硝酸、乙酸以及乙酰丙酮做为抑水剂。SEM测试结果表明二乙醇胺作为抑水剂制备的致密层表面无杂质,紫外-可见光吸收发现其吸收峰位刚好与吸光层吸收不发生重叠。通过SEM、XRD对一步法、两步法所制备的吸光层进行分析,发现两步法制备的甲胺铅碘的结构致密,晶体的结晶度更好。我们将钙钛矿层与掺有发光材料的多孔层结合,发现发光材料的添加使得钙钛矿层在460 nm激发下的发光增强,这说明发光材料的增加导致钙钛矿层产生更多的电子空穴对。我们为了便于荧光检测制备了除电极外完整的五层结构,该结构在460 nm激发下发光强度迅速降低,这说明电子、空穴传输层的旋涂使得吸光层产生的电子空穴对成功分离,表明了NaGdF4:Ho3+/Yb3+应用于钙钛矿太阳能电池的巨大潜力。
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