摘 要

太阳能是开发新能源的重要一环。目前市场上的传统硅系太阳能电池生产维护成本高，工艺复杂，占面积大。染料敏化太阳能电池制造工艺简单，成本较低，有希望成为未来太阳能电池的主导。

本文完成了染料敏化太阳能电池光阳极的设计，并通过添加上转换材料GdVO₄：Eu³ 荧光粉实现了对光阳极性能的优化。

论文主要研究了光阳极的不同设计方法，分析了各个方法的优缺点，论述了上转换材料对光阳极的优化作用。制备光阳极和上转换材料GdVO₄：Eu³ 荧光粉，在光阳极中掺杂不同比例的上转换材料，并将光阳极组装成染料敏化太阳能电池，分析光电转换效率的变化。结果表明：上转换材料对光阳极具有优化作用。

本文特色：在设计的光阳极中添加了GdVO₄：Eu³ 荧光粉，提高了光电转换效率。

关键词：染料敏化；光阳极；上转换材料；GdVO₄：Eu³

Abstract

Solar energy is an important part of the development of new energy sources. Currently on the market of traditional silicon solar cell production costs are high, complex process, not easy to large-scale production. Dye-sensitized solar cell manufacturing process is simple, low cost, promising to become the leading solar cell in the future.

In this paper, the design of photoanitized solar cell anode was completed, and the optimization of the performance of the anode was realized by adding the GdVO₄: Eu³ phosphor.

In this paper, the different design methods of light anodes are studied, the advantages and disadvantages of each method are analyzed, and the optimization of the photo - anode is discussed. The photodiode and the upconversion material GdVO₄: Eu³ phosphors were prepared by doping different proportions of upconversion materials in the light anode, and the photocathodes were assembled into dye - sensitized solar cells to analyze the changes of photoelectric conversion efficiency.

The results show that the upconversion material has an optimized effect on the photodynamics.

Features: GdVO₄:Eu³ phosphor is added to the designed anode to improve the photoelectric conversion efficiency.

Key Words：dye sensitization；photoanode；upconversion material;；GdVO₄：Eu³

目 录

第1章 绪论 1

1.1 染料敏化太阳能电池及其光阳极概述 1

1.2 染料敏化太阳能电池的研究现状 1

1.3 染料敏化太阳能电池前景的展望和面临的困难 2

第2章 染料敏化太阳能电池的结构原理与优化 4

2.1 染料敏化太阳能电池的工作机理 4

2.1.1 染料敏化太阳能电池的结构 4

2.1.2 染料敏化太阳能电池工作原理 4

2.2 染料敏化太阳能电池的各个组成部分 5

2.2.1 光阳极 5

2.2.2 光阴极 7

2.2.3 电解质 7

2.2.4 敏化剂 8

2.3 上转换材料及其发光原理 8

2.4 上转换材料GdVO₄：Eu³ 的性质 9

第3章 上转换材料及染料敏化太阳能电池的制备 10

3.1 制备上转换材料GdVO₄：Eu³ 10

3.1.1 GdVO₄：Eu³ 制备的准备 10

3.1.2 GdVO₄：Eu³ 的制备过程 10

3.2 染料敏化太阳能电池的制作 11

3.2.1 制备二氧化钛膜 11

3.2.2 二氧化钛膜染料着色 13

3.2.3 组装电池 13

第4章 实验结果与讨论 14

4.1 GdVO₄：Eu³ 的发光性能 14

4.2 不同掺杂比例下DSSC的性能对比 15

4.2.1 四组DSSC的数据 15

4.2.2 数据分析 17

第5章 结论 18

5.1 本设计总结 18

5.2 本设计待改进的不足 18

参考文献 19

致谢 20

第1章 绪论

1.1 染料敏化太阳能电池及其光阳极概述

染料敏化太阳能电池(dye-sensitized solar cell，DSSC)是一种主要模仿光合作用原理研制出来的新型太阳能电池。染料敏化太阳能电池与传统硅系电池相比，主要优点在于：生产成本较低，仅有硅系太阳能电池的五分之一到十分之一；结构简单，生产工序相对简单，易于产业化大面积生产；原材料绿色环保且储量丰富，生产过程中无毒无污染，部分材料可以回收再利用，对环境友好；电池寿命长，使用寿命可达十五年到二十年。但是染料敏化太阳能电池光电转换效率较低的问题阻碍了其广泛应用。光阳极的性质对DSSC光电转换的能力和效率起决定性作用。因此，研究制备高效的染料太阳能电池光阳极是该领域至关重要的核心问题。

染料敏化太阳能电池主要可分为纳米晶半导体薄膜、染料敏化剂、起氧化还原作用的电解质、反电极和导电基板等几部分。区别与传统的硅系太阳能电池，染料敏化太阳能电池由不同物质完成光吸收和电荷的分离传输。吸附在纳米半导体表面的染料吸收光激发出电子，电子经过半导体薄膜进行分离传输。染料起到产生载流子的作用，而对于传统硅光电池，载流子由PN结产生。