[发明专利]一种用于太阳能电池的材料

说明书

技术领域

本发明属于太阳能电池材料领域，具体地涉及一种高可见光活性的Er³⁺:YAlO₃/TiO₂复合膜和Er³⁺:Yb_0.2Y_0.79N_0.1F_0.1AlO_2.8/TiO₂复合膜的制备并将其应用在太阳能电池的电极材料中。

背景技术

随着全球经济的发展和人口的急剧增加，人类对能源的需求飞速增长，由此引发的能源危机和环境污染成为亟待解决的严重问题。一方面，目前世界能源供应主要依靠煤炭，石油，天然气等化石能源，这些化石能源本质是数万年前甚至更长时间经沧海桑田的变化而演化成今天地球上的能源矿藏，经历人类近百年的消耗已经不可逆转地走向枯竭。据世界能源委员会预测，石油将在43年后枯竭，天然气将在66年后用尽，资源量最大的煤炭也只够使用169年。另一方面，化石能源的开发和利用会造成严重的环境污染与生态破坏，对人类和其它生物的生存环境产生严重的危害。而且化石燃料的开采所造成的环境污染以及燃烧产生的二氧化碳导致的温室效应，极大的改变了人类和其它生物的生存环境，使我们面临前所未有的挑战。因此，找到一种新的能源便显得尤为重要。寻求环境友好、清洁和可再生的绿色能源，例如：太阳能、风能、生物能、水能、氢能和地热能等，已成为了人们广泛关注的焦点。在所有可替代能源中，太阳能丰富、安全、获取方便，因此对太阳能的开发利用特别是对太阳能转化为电能的研究引起了人们的广泛关注。

太阳能是分布最广泛的可再生能源，太阳能占地球总能量99 %以上。据测算，太阳每秒钟释放出的能量相当于燃烧1.28亿吨标准煤所放出的能量，每年辐射到地球表面的能量约为17万亿千瓦时，相当于目前全世界一年能源总消耗量的3.5万倍；另外，与其它能源相比，太阳能具有不受地理条件限制、安全、高效、清洁、低成本等优势。因此，无论是从现实需求，还是从未来的发展潜力来看，在各类可再生能源中，太阳能都是世界各国予以开发利用的首选。美国、日本、德国等国家都颁布了相应的法律法规，鼓励使用太阳能等可再生能源。我国是世界上能源消费增长最快的国家，也是SO₂，NO，CO₂排放大国，环境污染的压力愈来愈大。

以太阳能光伏技术为支撑的太阳能利用正在给人类的能源消费结构带来革命性的变化。2008年的奥运会，北京成为我国在太阳能应用方面的最大展示窗口，“新奥运”充分体现“环保奥运、节能奥运”的新概念，奥运会场馆周围80 %~90 %的路灯利用太阳能光伏发电技术。太阳能电池是当前世界开发和利用太阳能的一种普遍形式，具有不消耗燃料，不受地域限制，规模可灵活组合，无污染，无噪音，安全可靠，维护简单，建设周期短等优点，最具有大规模应用的可能性，它是利用光伏效应将太阳能转换成电能以供给用户使用。太阳能电池是全球增长最快的高技术产业之一，其生产量已由1971年始的100 KW，按每年10 %的速度增加至今。太阳能电池的应用范围非常广泛，应用领域包括农村电气化、交通、通信、石油、气象、国防等。光伏电源系统解决了许多农村学校、医疗所、家庭照明、电视等用电，对发展边远贫困地区的社会经济和文化发挥了十分重要的作用。我国西藏有7个无电县城采用光伏电站供电，社会经济效益非常显著。

目前，市场上比较常见的是硅太阳能电池，它的最高转化效率可达到25 ％左右。但制作工艺复杂，成本昂贵等缺点限制了它进一步的商业化和广泛使用。经过长时间的探索，纳米TiO₂半导体因具有较大的禁带宽度和稳定的耐光腐蚀性而被认为是极具潜力的太阳能电池的光电极材料。因此，进入二十一世纪以来，纳米TiO₂太阳能电池的研究成为热点。然而，纳米TiO₂组装的电极由于禁带宽度较大（锐钛矿型纳米TiO₂的禁带宽度为3.12 eV)，只能吸收紫外光，对只含有不到5 %紫外光的太阳能的利用率较低，导致其光电转换效率较低，所以单独使用纳米TiO₂组装电极存在严重弊端。

发明内容