寬頻染料敏化紅外上轉換核殼納米晶的製備及性能研究

《寬頻染料敏化紅外上轉換核殼納米晶的製備及性能研究》是依託哈爾濱工業大學，由郝樹偉擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：寬頻染料敏化紅外上轉換核殼納米晶的製備及性能研究
• 依託單位：哈爾濱工業大學
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：郝樹偉

項目摘要

矽基材料不能對全波段太陽發射光譜進行寬頻吸收是限制矽基太陽能電池效率提升的瓶頸。上轉換材料能有效拓展矽基材料對矽帶隙以下特定波段太陽光的吸收，而有機染料能寬頻吸收紅外波段太陽光來敏化上轉換材料紅外吸收，這是突破矽基太陽能電池理論效率極限的理想方法。然而目前缺乏將兩者有機結合進行寬頻吸收紅外波段太陽光，敏化上轉換材料紅外吸收來提高矽基太陽能電池效率的研究。本項目擬設計和製備核殼結構的氟化物納米晶，利用晶核與殼層將稀土發光離子在空間上進行隔離，實現矽帶隙以下多波段紅外吸收。尤其將有機染料引入到上轉換體系，通過鍵聯的方式將有機染料固化在納米晶表面，該複合材料具有寬頻吸收矽帶隙以下波段太陽光的性質，並將吸收的紅外波段太陽光轉化成矽基材料可吸收的光，將彌補稀土離子窄帶吸收紅外波段太陽光增加太陽能電池效率的不足，更全面地利用太陽能光譜。並通過光學性能以及效率測試綜合評估其在矽基太陽能電池中的套用前景。

結題摘要

太陽能電池材料不能對全波段太陽發射光譜進行寬頻吸收是限制電池效率提升的瓶頸 。上轉換材料能有效拓展帶隙以下特定波段太陽光的吸收，而有機染料能寬頻吸收紅外波段太陽光來敏化上轉換材料在紅外區的吸收，這是突破太陽能電池理論效率極限的理想方法。本項目主要圍繞著上轉換核殼結構設計及寬頻染料敏化的上轉換納米材料提高太陽能電池效率開展研究，我們先對上轉換過程進行研究，首先，通過對不同基質（如：NaYF4，NaGdF4，YF3和小尺寸的CaF2）的對比，發現NaYF4核殼結構的上轉換效率最高，接下來著重研究了Er3+螢光特性。隨後提出採用寬頻近紅外染料敏化的上轉換材料解決對現有太陽能電池無法吸收近紅外太陽光的問題方案，使用可以寬頻吸收670-860nm波段近紅外太陽光的IR783染料，能夠成功的將近紅外光轉換到太陽能電池可以利用的可見光範圍。套用該種設計的材料可以將染料敏化太陽能電池的光電轉換效率從7.573%提升到8.568%，使其光電轉換效率提升初始值的13.1%，其中上轉換過程貢獻7.1%，散射作用貢獻6.0%。綜上所述，我們已經對於本基金提出的問題進行了系統的研究，並得出了超過預期期待的結果和一些更深層次的結果，可以說我們順利完成了本自然科學基金項目。