稀土离子掺杂荧光粉材料在染料敏化太阳能电池中的研究进展

许 硕，冯 力，徐大千，陈宇龙，王 昶，徐 慢，戴武斌

武汉工程大学材料科学与工程学院，湖北 武汉 430205

能源危机问题引人深思，大量化石能源开采和使用是造成温室效应的罪魁祸首，可再生能源兴起势在必行。科技改变生活，染料敏化太阳能电池（dye-sensitized solar cells，DSSCs）优异的光电效应和低廉的生产成本，引领着可再生能源的发展势头［1-3］。早在20 世纪末期，Grätzel等以低成本得到7%光电转换效率的DSSCs，开辟了利用太阳能的新途径。但由于太阳光谱和电池光谱间的差异，导致部分能量的浪费，因此，要继续提升太阳能电池的光电转换效率，需要寻找更高效的光谱转换器。优异的太阳能电池需要吸收更大范围的光谱，产生和收集更多电荷载流子。科学界一致认为：需要寻找一种特殊材料，当受到低能量的光激发时发射出高能量的光或者将1 个高能光子转换为2 个以上的可被利用的低能光子，能最大效率提升光利用率，这一理论正好与稀土发光材料的上/下转换特性相符。利用稀土发光材料将太阳光谱的红外光和紫外光转换为可见光，能更有效激发染料产生电子，可以用于拓宽太阳电池的光谱响应范围。稀土荧光粉的上/下转换特性激发了更多人对其的探索［4-6］。

有机太阳能电池成本低，发光效率高，发光色较宽且成膜面积大。缺点在于它的电子迁移率很低，严重影响了电池效率［7-8］。无机半导体材料应用于电池的首要条件是具有高的电子迁移率，这是改善器件性能的关键。……