[发明专利]核壳结构上转换材料的制备及其在钙钛矿太阳能电池中的应用

说明书

一种核壳结构上转换材料的制备方法，将NaYF₄：Yb³⁺，Er³⁺分散进异丙醇中，加入去离子水、氨水，搅拌得到混合液一；将正硅酸乙酯加入到异丙醇中，然后缓慢滴加到混合液一中，搅拌、洗涤、离心收集得到NaYF₄：Yb³⁺，Er³⁺@SiO₂；将所得NaYF₄：Yb³⁺，Er³⁺@SiO₂沉淀重新分散进异丙醇和DETA的混合溶液中，搅拌得到混合液二，将异丙醇钛加入到异丙醇中，然后缓慢滴加到混合液二中，搅拌，将所得溶液加入水热釜中水热，冷却后用去离子水和乙醇洗涤，干燥后得到核壳结构上转换材料NaYF₄：Yb³⁺，Er³⁺@SiO₂@TiO₂；以该核壳结构上转换材料作为钙钛矿太阳能电池的上转换层材料，可提高钙钛矿太阳能电池对红外光的吸收，有效提高电池的效率。

技术领域

本发明属于新能源技术领域，特别涉及一种核壳结构上转换材料的制备及其在钙钛矿太阳能电池中的应用。

背景技术

开发和使用新能源是能源危机和温室效应的一种重要的解决方法。太阳能一种是可再生能源，它清洁、廉价并且随处可得，据报道，太阳光一小时照射在地球上的能量足够人类使用一年，因此，太阳能的利用将有可能满足未来能源消耗的大部分需求。太阳能电池是一种通过光电效应或者光化学效应把太阳能转换为电能的装置。传统的硅基太阳能电池生产成本高、耗能大、对环境污染程度高，因此诞生了许多譬如钙钛矿太阳能电池、染料敏化太阳能电池、量子点电池以及有机太阳能电池等新型太阳能电池。其中，钙钛矿太阳能电池一经提出就引起了广泛的关注，传统太阳能电池将转换效率达到目前的水平花了十多年的时间，而钙钛矿太阳能电池只花了短短四年的时间，因此，研究钙钛矿太阳能电池对于提高太阳能利用率具有重要意义。

钙钛矿太阳能电池与染料敏化太阳能电池类似，它主要由阳极、N型电子传输层、钙钛矿吸收层、P型空穴传输层、Au阴极组成。太阳光从电池的下方入射，能量大于钙钛矿材料禁带宽度的光被吸收，产生光生电子和空穴，其中电子通过电子传输层传到阳极，然后经外电路传到Au阴极，与此同时，空穴通过空穴传输层传到Au阴极，在Au阴极与电子结合，形成一个回路。虽然钙钛矿太阳能电池对于可见光的吸收很多，但是对于占太阳光43％的红外光却没有吸收，这大大限制了钙钛矿太阳能电池效率的提高，因此，开发能利用红外光的钙钛矿电池刻不容缓。

上转换发光是指将波长长频率低的光转换成波长短频率高的光。上转换发光材料是由无机基质与稀土掺杂离子组成，其中无机基质主要由氟化物、卤化物、氧化物、硫化物、硫氧化物等组成，稀土掺杂离子分为发光中心和敏化剂，其中发光中心要求有均匀分立的能级和较长的亚稳态寿命，敏化剂则要求对激发光的吸收能力较强，然后将能量传递给发光中心。NaYF₄是目前上转换发光效率最高的基质材料，比如NaYF₄:Yb³⁺,Er³⁺，即镱铒双掺时，Er做为激活剂，Yb作为敏化剂。采用上转换能将钙钛矿电池不能吸收的红外光转换为可见光发射出来，将上转换材料应用于钙钛矿太阳能电池将大大提高电池的转换效率。

核壳结构是由一种纳米材料通过化学键或其他作用力将另一种纳米材料包覆起来形成的纳米尺度的有序组装结构。核-壳结构由于其独特的结构特性，整合了内外两种材料的性质，并互相补充各自的不足，是近几年形貌决定性质的一个重要研究方向，且经久不衰。在催化、光催化、电池、气体存储及分离方面有着广泛的应用前景。

发明内容