一种铒单掺七铝酸十二钙上转换材料掺杂染料敏化光阳极及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于新能源材料技术领域，公开了一种铒单掺七铝酸十二钙上转换材料掺杂染料敏化光阳极及其制备方法和应用。首次把C12A7：Er应用于染料敏化太阳能电池。该方法是采用涂刮法把C12A7：Er与P25混合浆料涂在导电玻璃上制备成光阳极，并组装成染料敏化太阳能电池。该电池由光阳极、铂对电极和电解质构成。该电池采用C12A7:Er掺杂光阳极，把700nm以外的太阳光转换成可见光，由此扩宽电池的光谱响应范围，提高电池效率。

An erbium doped seven aluminate twelve calcium upconversion material doped dye sensitized photoanode and its preparation and Application

The invention belongs to the field of new energy materials technology, and discloses a dye doped sensitized photoanode doped with erbium and seven aluminum acid and twelve calcium up conversion material, and its preparation method and application. C12A7:Er has been applied to dye sensitized solar cells for the first time. This method uses the coating method to prepare the C12A7:Er and P25 mixed paste on the conductive glass to prepare the photo anode and assemble it into a dye sensitized solar cell. The battery consists of a photo anode, a platinum pair of electrodes and an electrolyte. The battery uses C12A7:Er doped photo anode to convert the sunlight beyond 700nm to visible light, thereby broadening the spectral response range of the battery and improving the battery efficiency.

【技术实现步骤摘要】
一种铒单掺七铝酸十二钙上转换材料掺杂染料敏化光阳极及其制备方法和应用
本专利技术属于新能源材料
，特别涉及一种铒单掺七铝酸十二钙上转换材料掺杂染料敏化光阳极及其制备方法和在染料敏化太阳能电池中的应用。
技术介绍
染料敏化太阳能电池(DSSC)具有成本低、制备工艺简单和无污染等优点，近几年来在众多太阳能电池中脱颖而出。DSSC主要由对电极、光阳极和电解质三个部分组成。对电极和电解质的发展对DSSC电池效率的提升没有太大影响，要提高电池的光电转换效率，对光阳极进行改进是最有效的。光阳极主要由导电光学玻璃、纳米多孔半导体层和染料敏化剂组成。染料敏化剂吸附于纳米多孔半导体层上，当太阳光照射在光阳极上时，染料分子吸收光子，由基态跃迁至激发态。激发态的染料分子会迅速将电子注入半导体导带中，电子在半导体纳米晶界中传输至导电玻璃，再由导电玻璃传输到外电路。外电路通过对电极把电子传输至电解质中，电解质经过氧化还原反应，把电子传输回染料分子中，以此形成一个循环。但是，目前染料对太阳光的响应范围集中在400～700nm，仅占太阳光谱的45％，而剩余波长的太阳光则大部分以热能形式散失。上转换材料是一种吸收长波然后辐射出短波的一种材料，它由基质材料和稀土离子组成。采用七铝酸十二钙(C12A7)作为基质材料，掺杂稀土离子，可以制备得化学稳定性强、无污染的上转换材料。C12A7上转换材料可以把部分700nm以外的太阳光吸收，然后辐射出可见光波长范围的光子。
技术实现思路
为了克服现有技术中存在的缺点与不足，本专利技术的首要目的在于提供一种铒单掺七铝酸十二钙上转换材料掺杂染料敏化光阳极的制备方法。本专利技术的另一目的在于提供一种上述制备方法制备得到的铒单掺七铝酸十二钙上转换材料掺杂染料敏化光阳极。本专利技术的再一目的在于提供上述铒单掺七铝酸十二钙上转换材料掺杂染料敏化光阳极的应用。本专利技术的目的通过下述技术方案实现：一种铒单掺七铝酸十二钙上转换材料掺杂染料敏化光阳极的制备方法，其特征在于按照以下操作步骤：S1：称取乙基纤维素溶于无水乙醇，制备得到溶液A；S2：将铒单掺七铝酸十二钙上转换材料(C12A7:Er)与二氧化钛P25加入溶液A中，之后加入OP乳化剂、乙酰丙酮和松油醇，制备得溶液B；S3：将溶液B进行超声处理；S4：把超声处理后的溶液B在水浴中，恒温搅拌，待无水乙醇挥发完，制备得胶体C；S5：把胶体C涂在FTO导电玻璃上；S6：把导电玻璃放置在干燥箱中干燥，之后移至马弗炉煅烧；S7：把煅烧好的电极在避光条件下用染料浸泡，进行敏化处理；S8：把敏化好的光阳极用无水乙醇清洗，之后在干燥箱中干燥，得到铒单掺七铝酸十二钙上转换材料掺杂染料敏化光阳极。步骤S1中所述乙基纤维素与无水乙醇的质量比为0.112：1。步骤S2中所述铒单掺七铝酸十二钙上转换材料和二氧化钛P25的质量比为0.01～0.1：1；二氧化钛P25与A溶液的质量比为0.038：1；OP乳化剂与A溶液的质量比为0.001：1；乙酰丙酮与A溶液的质量比为0.011：1；松油醇与A溶液的质量比为0.14：1。步骤S2中所述铒单掺七铝酸十二钙上转换材料是按照以下步骤制备得到：称取摩尔比为0.4569：0.5331：0.01的氢氧化钙、氢氧化铝和五水硝酸铒，加入反应釜中150℃保温6h，待反应釜降至室温，过滤并90℃干燥12h，将白色固体移至马弗炉800℃煅烧5h，最终制备得到铒单掺七铝酸十二钙上转换材料。步骤S3中所述超声时间为10～30min。步骤S4中所述水浴温度为70～100℃。步骤S6中所述干燥的温度为70～100℃，干燥的时间为10～60min；所述煅烧的温度为450～500℃，煅烧的时间为30～60min。步骤S7中所述浸泡的时间为24～48h。步骤S8中所述干燥的温度为70～100℃，干燥的时间为10～60min；所述清洗的次数为2次。一种根据上述的制备方法得到的铒单掺七铝酸十二钙上转换材料掺杂染料敏化光阳极。上述的铒单掺七铝酸十二钙上转换材料掺杂染料敏化光阳极在制备染料敏化太阳能电池中的应用，能有效提高DSSC电池的效率。上述的应用，包括以下步骤：将铒单掺七铝酸十二钙上转换材料掺杂染料敏化光阳极与Pt对电极制备成三明治结构，并在其中间注入电解质，制备得到染料敏化太阳能电池。本专利技术中的C12A7:Er上转换材料可以吸收部分700nm以外波长的太阳光，并辐射出可见光，将其与P25混合制备成浆料，用刮涂法制备成染料敏化光阳极，可以增加染料敏化光阳极的光谱响应范围，将该光阳极制备成DSSC后，电池效率得到提高。本专利技术相对于现有技术具有如下的优点及效果：(1)本专利技术中的C12A7:Er上转换材料可以吸收部分700nm以外波长的太阳光，并辐射出可见光，将其与P25混合制备成浆料，用刮涂法制备成染料敏化光阳极，可以增加染料敏化光阳极的光谱响应范围，将该光阳极制备成DSSC后，电池效率得到提高。(2)将C12A7:Er上转换材料运用在DSSC光阳极中，可以扩宽光阳极对太阳光的响应范围，有效利用700nm以外的太阳光，从而提高DSSC电池效率。附图说明图1是铒单掺七铝酸十二钙上转换材料掺杂染料敏化光阳极的结构示意图，1为FTO导电玻璃，2为二氧化钛P25，3为C12A7:Er。图2是实施例1和实施例2的C12A7:Er上转换材料掺杂光阳极的DSSC的I-V曲线图，A为不添加C12A7:Er的DSSC样品，B为实施例1添加C12A7:Er的DSSC样品，C为实施例2添加C12A7：Er的DSSC样品。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。以下实施例所使用的铒单掺七铝酸十二钙上转换材料是按照以下步骤制备得到：称取5g摩尔比为0.4569：0.5331：0.01的氢氧化钙、氢氧化铝和五水硝酸铒加入100ml反应釜中150℃保温6h，待反应釜降至室温，过滤并90℃干燥12h，将白色固体移至马弗炉800℃煅烧5h，最终制备得铒单掺七铝酸十二钙上转换材料(C12A7:Er)。实施例11.称取2.65g的乙基纤维素溶于23.67g无水乙醇，制备得到溶液A；2.将0.02gC12A7:Er与1g二氧化钛P25加入溶液A中，之后加入0.026gOP乳化剂、0.294g乙酰丙酮和3.73g松油醇，制备得到溶液B；3.将溶液B进行超声处理20min；4.把超声处理后的溶液B放置在水浴锅中，80℃恒温搅拌，待无水乙醇挥发完，制备得胶体C；5.把FTO导电玻璃用3M胶带固定好，用玻璃棒把胶体C涂在导电玻璃上；6.把导电玻璃放置在干燥箱中，80℃干燥10min，之后移至马弗炉，450℃煅烧30min；7.把煅烧好的电极用染料浸泡24h，其间避光处理；8.把敏化好的光阳极用无水乙醇清洗数次，之后在干燥箱中80℃干燥2h，得到铒单掺七铝酸十二钙上转换材料掺杂染料敏化光阳极，其结构示意图如图1所示，其中1为FTO导电玻璃，2为二氧化钛P25，3为C12A7:Er。9.把制备好的光阳极与Pt对电极制备成三明治结构，并在其中间注入电解质，制备成C12A7:Er掺杂光阳极的DSSC。图2为本实施例1与实施例2制备得的C12A7:Er掺杂光阳极的DSSC的I-V曲线图。其中，A为不本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铒单掺七铝酸十二钙上转换材料掺杂染料敏化光阳极的制备方法，其特征在于按照以下操作步骤：S1：称取乙基纤维素溶于无水乙醇，制备得到溶液A；S2：将铒单掺七铝酸十二钙上转换材料与二氧化钛P25加入溶液A中，之后加入OP乳化剂、乙酰丙酮和松油醇，制备得溶液B；S3：将溶液B进行超声处理；S4：把超声处理后的溶液B在水浴中，恒温搅拌，待无水乙醇挥发完，制备得胶体C；S5：把胶体C涂在FTO导电玻璃上；S6：把导电玻璃放置在干燥箱中干燥，之后移至马弗炉煅烧；S7：把煅烧好的电极在避光条件下用染料浸泡，进行敏化处理；S8：把敏化好的光阳极用无水乙醇清洗，之后在干燥箱中干燥，得到铒单掺七铝酸十二钙上转换材料掺杂染料敏化光阳极。

【技术特征摘要】
1.一种铒单掺七铝酸十二钙上转换材料掺杂染料敏化光阳极的制备方法，其特征在于按照以下操作步骤：S1：称取乙基纤维素溶于无水乙醇，制备得到溶液A；S2：将铒单掺七铝酸十二钙上转换材料与二氧化钛P25加入溶液A中，之后加入OP乳化剂、乙酰丙酮和松油醇，制备得溶液B；S3：将溶液B进行超声处理；S4：把超声处理后的溶液B在水浴中，恒温搅拌，待无水乙醇挥发完，制备得胶体C；S5：把胶体C涂在FTO导电玻璃上；S6：把导电玻璃放置在干燥箱中干燥，之后移至马弗炉煅烧；S7：把煅烧好的电极在避光条件下用染料浸泡，进行敏化处理；S8：把敏化好的光阳极用无水乙醇清洗，之后在干燥箱中干燥，得到铒单掺七铝酸十二钙上转换材料掺杂染料敏化光阳极。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤S1中所述乙基纤维素与无水乙醇的质量比为0.112：1。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤S2中所述铒单掺七铝酸十二钙上转换材料和二氧化钛P25的质量比为0.01～0.1：1；二氧化钛P25与A溶液的质量比为0.038：1；OP乳化剂与A溶液的质量比为0.001：1；乙酰丙酮与A溶液的质量比为0.011：1；松油醇与A溶液的质量比为0.14：1。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤S2中所述铒单掺七铝酸十二钙上转换材料是...

【专利技术属性】
技术研发人员：钱艳楠，唐巽泽，张海燕，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东,44