[发明专利]一种新型复合双层光阳极薄膜及其制备方法、应用

说明书

技术领域

本发明属于染料敏化太阳能电池领域，具体涉及一种新型复合双层光阳极薄膜及其制备方法、应用。

背景技术

科技进步的飞速发展在改善了人民的生活水平的同时也带来了一系列的负面影响，资源危机、环境污染、人口问题成为了社会亟待解决的难题，开发一种清洁、无污染、可持续利用的能源成为了社会各领域研究的重点，太阳能兼具以上优点，逐渐成为了研究者们竞相开发的热点。而太阳能电池是最主要的利用太阳能的器件之一。自从1991年团队引入了染料敏化太阳能电池(DSSCs)以来，包括染料敏化太阳能电池、量子点敏化太阳能电池、钙钛矿太阳能电池在内的染料电池以其简单的制作工艺、较低的成本而广受关注。

染料敏化太阳能电池由光阳极、电解质和对电极组成，光阳极是染料敏化太阳能电池的骨架，不仅承担着电子传输的责任还起到了染料吸附的载体的作用，从而制备出具有高光电转换效率的光阳极材料是染料敏化太阳能电池研究的前沿和热点之一。

目前看来，研究者们主要通过尝试新型半导体材料、设计光阳极的形貌和尺寸以及优化制备工艺方面来改善光阳极的性能，然而这些举措对太阳能电池光电效率的提高并不是特别理想。考虑到，当太阳光的光强达到最大值时，辐射到地面的可见光和近红外光分别占44％和40％，而染料分子的吸收光谱范围较窄，一般染料的最大吸收波长都不超过600nm，如N3、N719、Z907等等。即使是最高效率的染料敏化太阳能电池，其光电转换效率的最大范围内波长也只有700nm，并没有进入红外区域，因此相当大的一部分光谱被损失掉了。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种新型复合双层光阳极薄膜及其制备方法、应用，该新型复合双层光阳极薄膜一方面引入了上转换发光材料，拓宽了光谱吸收范围；另一方面加入了大颗粒球作为散射层增加了光散射，两种协同效应大大增强了光捕获能力，最终提高了染料敏化太阳能电池的总效率。

本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：

一种新型复合双层光阳极薄膜，它包括复合发光层和光散射层，复合发光层由La(OH)₃:Er³⁺/Yb³⁺上转换发光粉和二氧化钛粉末掺杂混合而成，光散射层为二氧化钛大颗粒球。

按上述方案，所述光散射层厚度约为5～12μm，复合发光层的厚度为15～25μm。

按上述方案，所述的La(OH)₃:Er³⁺/Yb³⁺上转换发光粉和二氧化钛粉末的质量比为(0.5～8):(92～99.5)。

按上述方案，所述La(OH)₃:Er³⁺/Yb³⁺上转换发光粉中，La(OH)₃与Er³⁺、Yb³⁺的质量比为80：(1～10)：(10～19)；其形貌优选为纳米棒，且纳米棒的长度约为20～70nm。该La(OH)₃:Er³⁺/Yb³⁺上转换发光粉的吸收波长为800～1500nm，发射波长为500～700nm。

按上述方案，所述二氧化钛大颗粒球尺寸约为600～700nm，且表面粗糙。

按上述方案，所述二氧化钛粉末优选二氧化钛P25粉末，尺寸为30～90nm；或者形貌、尺寸、晶相与P25接近的其他二氧化钛粉末。

按上述方案，所述复合发光层位于下层，光散射层位于上层。

本发明还提供了一种上述新型复合双层光阳极薄膜的制备方法，包括以下步骤：

(1)将La(OH)₃:Er³⁺/Yb³⁺上转换发光粉和二氧化钛粉末按照质量比为(0.5～8):(92～99.5)混合，添加分散剂、流平剂、造孔成膜剂后制备成第一粘性浆料；将该第一粘性浆料涂布到导电玻璃表面，经干燥、退火处理后在导电玻璃表面形成复合发光层；

(2)将二氧化钛大颗粒球与分散剂、流平剂、造孔成膜剂混合后制备成第二粘性浆料，将该第二粘性浆料涂布步骤(1)所得复合发光层的表面，经干燥、退火处理后，在复合发光层的表面形成光散射层；

(3)步骤(2)中所形成复合发光层和覆盖复合发光层表面的光散射层，即为新型复合双层光阳极薄膜。