染料敏化太阳能电池作为第三代太阳能电池,因制备工艺简单、成本低及高光电转换效率已成为利用清洁太阳能的关键技术。染敏电池的核心光响应部件N719钌染料有效吸光范围仅在400 nm-700 nm波段,使占太阳光谱中约50%-60%的近红外光子无法被吸收利用,严重限制染敏电池效率的提升。上转换过程有望突破这种限制,该转换过程能将两个红外光子能量叠加,并发射出可被N719染料吸收的可见光子。Yb³⁺/Er³⁺掺杂的NaYF₄已被证实是转换效率最高的上转换材料,被广泛应用于提升染敏电池对红外光子的响应,但上转换材料的绝缘性却限制光生电子在光阳极中传输。针对这一科学难题,本课题首次设计双功能NaYF₄:Yb³⁺/Er³⁺@BiOA（Cl,Br,I）材料:（1）利用NaYF₄:Yb³⁺/Er³⁺内核实现光子转换,（2）BiOCl（Br,I）半导体外壳提升光电子传输。具体研究内容包括以下3个部分:（1）利用水热法采用柠檬酸钠作为配位剂,180℃水热反应24 h,制备出高质量的规则六角片状NaYF₄:Er³⁺/Yb³⁺晶核,直径约2.5μm,平均厚度约0.25μm。将NaYF₄:Er³⁺/Yb³⁺晶核加入乙二醇溶解的BiCl₃溶液中,在pH=8.0,160℃条件下水热2 h成功制备出双功能型核壳结构NaYF₄:Yb³⁺/Er³⁺@BiOCl微米晶。（2）NaYF₄:Yb³⁺/Er³⁺@BiOA（Cl,Br,I）微米晶上转换和导电性能测试:在980 nm红外光激发下,NaYF₄:Yb³⁺/Er³⁺@BiOCl微米晶在红光和绿光波段均显示特征峰。对比实验发现,NaYF₄:Yb³⁺/Er³⁺@BiOA（Cl,Br,I）的光发射强度比NaYF₄:Yb³⁺/Er³⁺晶核稍有下降,表明BiOA（Cl,Br,I）壳层对光子转换影响不大;电导率测试证实核壳结构NaYF₄:Yb³⁺/Er³⁺@BiOA（Cl,Br,I）晶体将NaYF₄:Yb³⁺/Er³⁺晶核的电阻分别降低1.13×10⁷Ω、9.98×10⁷Ω和1.12×10⁸Ω,证实这种半导体壳层能够有效改善此种材料的导电性能,有利于其在太阳能电池中的进一步应用。（3）NaYF₄:Yb³⁺/Er³⁺@BiOA（Cl,Br,I）微米晶改性DSSCs应用研究:优化确定DSSCs刮涂6层、NaYF₄:Yb³⁺/Er³⁺掺杂量1%最佳。不掺杂上转换材料的常规DSSC电池效率为5.30%,NaYF₄:Yb³⁺/Er³⁺晶核改性的电池效率提升到5.93%,而加入双功能NaYF₄:Yb³⁺/Er³⁺@BiOCl微米晶之后,电池效率增加到6.88%,相比于常规电池效率提升了近29.81%。同时进行EIS测试确定这三种电池的电阻分别为8.56Ω、12.53Ω、9.70Ω,说明包覆BiOCl后电阻降低约29.17%;NaYF₄:Yb³⁺/Er³⁺@BiOBr和NaYF₄:Yb³⁺/Er³⁺@BiOI改性光阳极之后,电池效率分别提升了13.69%和13.28%,进一步证实这种双功能材料在提升染敏太阳能电池性能方面的应用。