基于太陽電池的上轉換材料設計與制備研究.pdf

1、由于太陽電池的禁帶寬度的限制，如非晶硅薄膜電池的禁帶寬度大約在1.7eV左右，微晶硅薄膜電池的禁帶寬度可在1.1eV～1.4eV之間調變。因此電池只能吸收太陽光譜中可見光至近紅光部分，長波段的太陽光則不能吸收。上轉換材料是一種能將低能光子轉換成高能光子的一種光轉換材料。近年來，上轉換材料在激光器和生物醫(yī)學以及顯示等方面應用較多，在太陽電池應用方面始于2005年A. Shalav等對單晶硅電池上的嘗試，鑒于材料和結構方面的難度，至今研究團

2、隊以及相關文獻報道甚少。對單晶電池而言，它的光吸收限已經(jīng)長于1.1微米，接近近紅外光譜，上轉換的作用有多大尚待探討。但對硅基薄膜電池來說，非晶硅吸收限位于0.7微米，微晶硅的帶隙最小也只能接近單晶硅，因此將上轉換材料用于硅基薄膜太陽電池，應該具有比單晶硅電池更為有效的效果。 本論文對適合硅薄膜太陽電池用的上轉換材料進行了設計，采用水熱法制備了一系列Er3+：NaYF4，Yb3+：NaYF4，Yb3+ Er3+：NaYF4 的上轉

3、換材料，應用TEM、SEM、XRD、分光光度計、熒光光度計等手段對材料的光學和結構特性進行了表征分析，重點研究了各工藝條件如稀土摻雜比、EDTA 摻雜、EDTA 摻雜配比、煅燒溫度對材料性能的影響。主要結論如下： 1、稀土離子的摻雜比對材料晶向結構沒有太大的影響。通過吸收光譜的測試，我們最后得到當Yb3+、Er3+離子濃度摻雜比為18％、2％時，可吸收900-1030nm 和1450-1580nm波段的太陽光。發(fā)射光譜的測試結果

4、表明了制備的上轉換材料可發(fā)射540nm 和653nm 波段的綠光和紅光。 2、SEM、TEM、XRD和吸收譜的測試結果表明：摻入一定量的EDTA后可以分散材料的晶粒，增加材料對光的吸收面積、控制晶粒生長，有利于六角晶向的生成，提高了材料對太陽光的吸收光譜強度以及拓寬了吸收譜域。 3、通過調節(jié)EDTA 摻入量得到EDTA/ Ln3+為1.6 ：1 時，材料呈現(xiàn)純六角晶向，材料的上轉換效率得到進一步提高。 4、通過煅