太阳能电池用光转换纳米复合材料的研究

太阳能作为可以解决化石燃料枯竭和地球环境问题的绿色能源越来越倍受瞩目。利用光伏效应将太阳能转换成电能的太阳能电池是当前合理利用太阳能的重要装置之一。目前硅太阳能电池的主要缺陷在于其转换效率低。其主要原因是太阳波谱中较短波长的可见光只有相当于1.12ev的能量被吸收；而较长波长的红外光（λ＞1100nm)则完全不被吸收。针对这种情况，本项目拟采用包括微乳液、水热-溶剂热等多种方法制备稀土掺杂纳米氟化物作为太阳能用光转换材料的光学活性组分，其目的是将短波长可见光以及较长波长红外光转换为可被太阳能电池充分吸收的短波长红外光。分别研究基质材料结构、合成方法以及所掺杂的稀土离子对及其相对掺杂浓度对材料光转换效果的影响。将所得光学活性组分分散到聚合物中，采用本体聚合以及旋涂等方法合成用于太阳能电池涂层的复合材料。通过发表10篇以上SCI论文，申请1-2项发明专利，参加学术会议等来体现研究成果。

化石燃料，可以通过燃烧或者氧化的方式释放出我们生活中所需要的大量能量而对我们的日常生活异常重要。然而，化石燃料的使用却带来一系列的问题。化石能源是不可再生能源，而目前的消耗速度远远大于他的形成速度，而且大量使用石油能源带来一系列的环境问题。可再生的清洁能源已经成为人们替代传统能源满足日益增长的能源需求的有效途径。太阳能电池是一种吸收太阳辐射中一定波长的光，并将其转换为直流电的一种装置。它是一种利用半导体材料的光伏效应将太阳辐射转换成电能的设备。而目前太阳能电池所产生的电量仅占全部新生能源的0.04%。其主要原因是单位能量的高成本。要降低高成本，可以采用两种途径，一种是通过提高太阳能电池的效率，另外一种是降低单位发电量的成本。本文从提高太阳能电池的效率入手，通过光谱的匹配方式以期提高电池的效率。我们综述了稀土掺杂的荧光粉作为光谱转换材料在太阳能电池中的应用。硅太阳能电池占据了光伏市场的主导地位，通常情况下，这类产品的光电转换效率为15%左右。然而，理论上硅太阳能电池的光电转换效率可达30以上。实际值与理论值的差异主要来源于光电转换过程中的能量损失。热损失，透过损失，以及电子空穴对的复合损失是们目前已知的太阳能电池光电转换的三种光谱损失。而下转换，上转换以及下转移的光学方法是解决这三种光谱损失的有效途径。根据上述结论，本项目分别合成了氟（氧）化物，如NaCeF4:Tb3+/Yb3+体系的形貌控制及发光和能量传递性能的研究，CaF2:Ce3+, Tb3+体系的结构、形貌、能量传递和发光性能的研究，CeF3:Tb3+纳米粒子的制备、形貌表征以及光学性能研究以及LaF3:Eu3+/Tb3+的制备等，同时项目研究了其他含氧酸盐体系中，稀土离子的量子切割特性以及发光性质。项目执行期间取得了卓越的研究成果，共计发表学术IF>3的学术论文18篇。