[发明专利]一种基于Er,Yb-FTO粉体的上转换染料敏化太阳能电池对电极的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种太阳能电池对电极的制备方法。

背景技术

常规染料敏化太阳能电池只能吸收紫外光区和可见光区的太阳光能量，而无法吸收利用占太阳光谱能量43%的红外光，因此限制了染料敏化太阳能电池的效率。

上转换材料能够吸收较低能量的光如红外光，释放出可见光，因此将上转换材料应用在染料敏化太阳能电池上能够使得电池的吸收光谱拓展到红外光区，从而提高其光电转换效率。然而目前利用上转换材料的染料敏化太阳能电池多是在光阳极内部混合上转换粉体或者在对电极外部涂覆一层上转换粉体与散射层粉体。其对于红外光入射光的吸收率很低，且会影响光阳极材料的电传输性质，因此上转换材料对电池性能提高幅度受到较大限制。与此同时，染料敏化太阳能电池中对电极应用贵金属材料Pt，因而成本难以进一步降低。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术制备的染料敏化太阳能电池不能吸收利用红外光区能量，影响光阳极材料的电传输性质，而且成本高的问题，而提供了一种基于Er,Yb-FTO粉体的上转换染料敏化太阳能电池对电极的制备方法。

本发明的一种基于Er,Yb-FTO粉体的上转换染料敏化太阳能电池对电极的制备方法是按以下步骤进行：

步骤一：取Er₂O₃和Yb₂O₃分别与酸液在60-80℃温度下加热溶解0.5-2h，然后在90-110℃烘干6-24h，得Er(NO₃)₃和Yb(NO₃)₃，待用；其中，酸液的质量百分含量为60%-63%，Er₂O₃与酸液的质量体积比为1g：（19mL-197mL），Yb₂O₃与酸液的质量体积比为1g：（2mL-21mL）；

步骤二：室温下将SnCl₂·2H₂O、步骤一所得的Er(NO₃)₃和Yb(NO₃)₃溶解在去离子水中，然后以10-30滴/分钟的速度滴入碱性矿化溶液，调节pH值至7，得混合物A；其中，混合物A中Sn²⁺的质量百分含量为45-89%，Er³⁺的质量百分含量为1-5%、Yb³⁺的质量百分含量为10-50%；碱性矿化溶液的质量百分含量为35-37%；

步骤三：将步骤二得到的混合物A在8000-12000转/min的条件下离心5-10min，取沉淀，并用水和无水乙醇依次洗涤沉淀3次，然后向洗涤后的沉淀中加入HF水溶液，得混合物B；其中，HF水溶液的质量百分含量为0.5-1%，F^-与Sn²⁺的摩尔浓度比为1:2-10；

步骤四：将步骤三所得的混合物B转移到水热反应釜中加热到195-205℃，保温23-25h，然后在8000-12000转/min的条件下离心5-10min，取沉淀，并用水和无水乙醇依次洗涤沉淀，在90-110℃烘干6-12h后，放入马弗炉中，在400-450℃温度下煅烧15-60min，自然冷却至室温，得上转换FTO粉体；

步骤五：将乙基纤维素、松节油透醇和步骤四所得的上转换FTO粉体混合搅拌，配制成浆料，使用250目丝网，对浆料进行丝网印刷，以1℃/min的速率升温至445-455℃，保温10-20min后，即得基于Er,Yb-FTO粉体的上转换染料敏化太阳能电池对电极；其中，上转换FTO粉体、乙基纤维素与松节油透醇的质量比为1：（0.2-0.3）：（4.0-5.0）。

本发明包含以下有益效果：

本发明制备了一种新型、廉价的上转换导电对电极，制备方法简单。使用常用的较廉价的FTO粉体作为一种导电粉材料，与Pt作为对电极的电池相比，上转换FTO作为对电极的电池的表面光电压光谱在近红外区有光响应信号，短路电流提高了19%，开路电压保持为Pt制备的电池的98%，并且光电转化效率比基于Pt作为对电极的染料敏化太阳能电池提高24%，而且成本低，仅为Pt对电极成本的1/20。

附图说明

图1为实施例1中制备的Er,Yb-FTO粉体的透射电子显微镜图；

图2为实施例1中制备的Er,Yb-FTO粉体在的上转换荧光光谱图；