发光粉体SrAl_2O_4:Eu~(2+)，Dy~(3+)在太阳能电池上的应用

【摘要】：本文采用化学共沉淀法与水热处理相结合的方法制备了SrAl2O4:Eu2+, Dy3+发光粉体,将其作为下转换光转换成分,分别与基质材料PVDF和PMMA复合制备了用于提高硅太阳能电池光电转化效率的下转换发光薄膜,研究了薄膜厚度和发光粉体含量对薄膜透光性和光电性能的影响,采用丝网印刷技术在太阳能电池的表面涂覆下转换发光薄膜并测量了其对太阳能电池光电转化效率的影响,具体研究内容与研究结果如下： (1)以元素物质量比n(Sr):n(Al):n(Eu):n(Dy)=2:7:0.02:0.04进行反应溶液的配置,加入碳酸氢铵溶液后制备了SrAl2O4:Eu2+, Dy3+粉体前驱体,其经200℃水热处理及洗涤、过滤和干燥,并在弱还原气氛中煅烧后得到尺寸为40-300nm的黄绿色球形SrAl2O4:Eu2+, Dy3+发光粉体,其激发光谱范围为250-450nm,发射光谱峰位于510nm处,表明粉体具有下转换发光的功能。 (2)将SrAl2O4:Eu2+, Dy3+分别与PVDF和PMMA的DMF溶液进行充分混合后,采用流延方法制备了下转换发光薄膜,测试粉体含量及薄膜厚度与薄膜透光率的关系发现,薄膜透光率不仅与粉体含量有关,而且还与膜厚有关。对于PVDF薄膜,当粉体添加量为7wt%且膜厚为0.05mm时,透光率为85%；对于PMMA薄膜,粉体添加量为10wt%且膜厚为0.1mm时,透光率为92%。分别将两种薄膜与硅太阳能电池表面简单叠加覆盖后,测量表征电池电化学性能的J-V曲线,得到覆盖PVDF薄膜的电池开路电压为0.559V,比无覆膜的0.534V增加了4.7%,但是电池的光电转化效率略有降低,覆盖PMMA薄膜的电池开路电压为0.594V,电池光电转化效率提高了0.43%,研究表明,SrAl2O4:Eu2+, Dy3+/PMMA发光薄膜对提高太阳能电池的光电转化效率有利。 (3)采用丝网印刷方法,直接在硅电池表面涂覆厚度为10μm的SrAl2O4:Eu2+, Dy3+(10wt%)/PMMA薄膜,测得电池的光电转化效率达到8.96%,高出市售硅电池的7.96%。电池光电转化效率的提高的原因在于,下转换发光材料提供给太阳能电池更多的可见光,这部分光是太阳能电池不能吸收的紫外光转化而成的可见光部分,另外,改进的涂膜工艺使得薄膜与太阳能电池结合更紧密,大大消除了材料接触面的光转换能量损失,也有利于光电转换效率的提高。 【关键词】：SrAl_2O_4 Eu~(2+) Dy~(3+) 下转换发光薄膜材料 硅太阳能电池 光电转化效率 丝网印刷
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-13
• 第一章 文献综述13-25
• 1.1 引言13
• 1.2 太阳能电池13-19
• 1.2.1 存在缺陷14-15
• 1.2.2 改进技术15
• 1.2.3 光转换材料在太阳能电池上的应用15-16
• 1.2.4 下转换材料16-19
• 1.3 发光粉体SrAl_2O_4：Eu~(2+),Dy~(3+)19-21
• 1.3.1 SrAl_2O_4：Eu~(2+),Dy~(3+)发光原理19
• 1.3.2 SrAl_2O_4：Eu~(2+),Dy~(3+)特性19-20
• 1.3.3 SrAl_2O_4：Eu~(2+),Dy~(3+)应用领域20-21
• 1.4 粉体的制备方法21-22
• 1.4.1 常规方法21-22
• 1.4.2 新型方法22
• 1.5 发光薄膜的制备22-24
• 1.5.1 聚合物的选择22-23
• 1.5.2 薄膜的制备工艺23-24
• 1.6 本文研究目的和意义24-25
• 第二章 研究内容与研究方案25-33
• 2.1 研究内容与目标25
• 2.2 难点与解决方案25-26
• 2.2.1 研究难点25-26
• 2.2.2 难点的解决方案26
• 2.3 研究技术与方案26-30
• 2.3.1 实验原料及设备26-27
• 2.3.2 实验流程27-30
• 2.4 测试方法与手段30-33
• 第三章 SrAl_2O_4：Eu~(2+),Dy~(3+)粉体制备及发光性能研究33-39
• 3.1 引言33
• 3.2 结果讨论与分析33-37
• 3.2.1 搅拌条件33
• 3.2.2 洗涤条件33-35
• 3.2.3 煅烧条件35
• 3.2.4 SrAl_2O_4：Eu~(2+),Dy~(3+)光性能35-37
• 3.3 本章小结37-39
• 第四章 下转换发光薄膜的制备与性能研究39-57
• 4.1 引言39
• 4.2 PVDF基薄膜的结果分析与讨论39-46
• 4.2.1 溶剂的影响39-41
• 4.2.2 薄膜厚度41-43
• 4.2.3 粉体含量43-44
• 4.2.4 薄膜的光转换性能44-46
• 4.3 PMMA基薄膜的结果分析与讨论46-56
• 4.3.1 溶剂的影响46-48
• 4.3.2 薄膜厚度48-51
• 4.3.3 粉体含量51-52
• 4.3.4 涂覆工艺52-56
• 4.4 本章小结56-57
• 第五章 结论57-59
• 参考文献59-63
• 致谢63-64
• 研究成果及发表的学术论文64-65
• 作者和导师简介65-66
• 硕士研究生学位论文答辩委员会决议书66-67

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