掺杂稀土转换发光晶态材料的可控制备及在染料敏化太阳能电池中的应用

转换发光晶态材料应用于染料敏化太阳能电池是一项全新的探索，它将染料敏化电池的吸收波段（300-700nm）拓展到紫外红外波段（200-1500nm），从而提高其光电转化效率，具有重要科学意义和实用价值。课题以具有转换发光功能的掺杂稀土晶态材料为主要研究对象，以揭示稀土功能基元微观结构与转换发光宏观性能的关系为主线，通过材料的设计合成、性质测定、结构表征、效能评价，揭示转换发光晶态材料的组成、结构、性能和制备条件之间的关系，探明转换发光晶态材料与二氧化钛纳米晶、敏化染料、电解质和对阴极的相互作用规律，阐明转换发光模式、载流子运行机制和电池光电转化效率之间的关系，实现光子捕获强、吸收波段宽、转换发光效率高的掺杂稀土晶态材料的可控制备。解决材料制备和器件组装的科学问题，提供光电转化效率超过10％的染料敏化太阳能电池样机，提升我国转换发光材料和染料敏化太阳能电池的自主创新能力，推动相关学科的发展。

染料敏化太阳能电池是太阳能领域的研究热点之一。掺杂稀土晶态材料应用于染料敏化太阳能电池是一项全新的探索，它通过上下转换发光将拓展电池的吸收波段，提高光电流；通过稀土离子的掺杂效应，提高电池的阳极的费米能级，提高电池的光电压，从而提高电池的光电转化效率，具有重要科学意义和应用前景，然而这一有意义的探索目前还不多见。课题组以具有转换发光功能和掺杂效应的掺杂稀土晶态材料为主要研究对象，以揭示稀土功能基元微观结构与电池宏观光伏性能的关系为主线，开展掺杂稀土光阳极、热塑性热固性电解质、新型对电极、杂化电池等方面的研究，取得良好的进展，实现了染料敏化太阳能电池材料的结构设计和可控制备。研究结果在染料敏化太阳能电池和其它电化学器件的开发具有良好的应用前景，在新型功能晶态材料、材料化学、光电子学等领域也具有重要的科学意义。已在Scientific Reports、Adv Mater、Adv Energy Mater、J Mater Chem等刊物上发表被SCI、EI收录论文67篇，其中SCI收录64篇，影响因子大于3.5的35篇，申请国家发明专利8件，已授权4件；获得教育部高校自然科学二等奖1项，福建省自然科学二等奖1项，培养博士生获得全国优秀博士学位论文提名奖1项，福建省优秀博士学位论文一等奖2项，对比计划任务书，圆满完成本课题任务。