1. 研究目的与意义

自1991年染料敏化太阳能电池（dssc）的发明以来，由于其简单的制备工艺、低廉的成本和原料易得等优点，吸引了科研爱好者广泛的关注。如何提高dssc的光电转换效率，一直都是研究的重点和热点。光电转换效率低下的主要原因是太阳光谱中的大部分能量不能被电池有效吸收，其能量损失占65-85%，其中占总能量43%的红外光几乎不被dssc响应，紫外光的吸收也很微弱。稀土上转换发光材料可以将近红外光转换为可见光，提高染料吸收光子的数量。

稀土上转换纳米材料（ucnps）具有毒性低、且具有很高的光学稳定性，不易光解;其次，上转换发光过程主要集中在固体基质中，几乎不受外界环境的影响，因而可在固相或液相中检测其荧光，从而大大提高了检测的便利性;并且，将上转换发光材料用于生物标记探针，在红外光的照射下，被检测的生物体系本身不具备上转换发光能力，只有上转换发光材料发光，从而使检测背景大大降低，进而提高生物检测的准确度和灵敏度等特点。

太阳能电池作为光电转换系统的核心单元，其能量转换效率和成本的高低直接影响电转换系统的应用。因此，太阳能电池效率的提高不仅在生物领域有着极其光明的应用前景，而且能有效的解决当前地球面临的资源短缺问题，为社会的发展和科学的进步提供一条可行、踏实、光明的前进道路。

2. 课题关键问题和重难点

本课题将通过多次实验制备出稀土转换发光材料。选用合适的制备方法来获得稀土转换发光材料，并将其运用到染料敏化太阳能电池中，研究以最高光电转换效率下的稀土转换发光材料（UCNPs）。在DSSC中，经染料敏化后的纳米晶体TiO2薄膜，作为光阳极的光谱响应范围基本集中在波长为450nm-600nm的区域内，对波长在400nm以下的紫外光和800nm以上的红外光利用很少，然而太阳光谱中55～60%的太阳光分布在近红外区（800～1700nm），使得入射的太阳光没有得到充分利用，减少入射光的光子损失。

目前迫切需要解决的问题包括：(1)生产成本及稳定性控制；(2)目前上转换材料的发光光谱窄；(3)添加上转换材料后电池的光电流，光电压，内阻，填充因子的变化的机理还需要进一步的研究探讨；（4）目前上转换材料对近红外光的转换效率低；（5）如何提高光生电荷的分离效率及减少光生电荷的复合效率；（6）如何更有效地提高太阳能电池的光电转换效率；（7）有效地扩大电池对太阳光谱的响应范围。

3. 国内外研究现状（文献综述）

在发光学领域，上转换发光过程指的是物质能够基于双光子或多光子的机制，吸收低能量光子的长波辐射，从而发射出高能量光子的短波辐射，即材料受到光的激发时可以发射出波长比激发波长短的荧光，因为这种现象违背了斯托克斯(stokes)定律，因而被称为反斯托克斯(anti－stokes)现象。稀土上转换发光材料和传统荧光材料相比，因具有毒性小、吸收和发射谱带窄、稳定性较好、发光强度高和发光寿命长等优点，因而受到了人们广泛关注和研究。

经查阅可知，稀土元素具有丰富的能级及4f电子跃迁特性，此类特殊的4f电子构型使稀土化合物从真空紫外波长到红外波长范围内具有高强度优异的发光特性，主要表现为吸收和辐射的波长对基质材料的不敏感、stokes位移较大、发光带比较窄、荧光寿命较长和量子效率较高等。稀土发光材料可分为4f-4f和4f-5d两种电子跃迁模式。其中，4f-4f跃迁呈现状光谱，发光的色纯度较高，然而这属于禁戒跃迁，谱线强度较弱。4f-5d跃迁呈带状光谱，属于允许跃迁，发光效率较高。

下转换发光机制又叫量子剪裁，是指发光材料吸收一个高能量的光子（紫外光）而发出的两个或多个低能量光子（可见光）的现象。

4. 研究方案

NaYF4：Yb3 Er3 （Tm3 、Ho3 ）上转换发光材料的制备

量取一定量的YCl3、YbCl3和ErCl3（TmCl3、HoCl3）于烧杯中，常温条件下磁力搅拌，一段时间后加入适量的酒石酸钠，出现白色沉淀，搅拌30min，加入氯化钠和氟化铵的混合溶液，沉淀量减少，搅拌1h后转移至聚四氟乙烯内衬的水热反应釜中，在180℃下恒温反应一定的时间，冷却至室温，离心分离，用乙醇、去离子水各洗涤2-3次后，在80℃下鼓风干燥12h，放入玛瑙研钵中，充分研磨后得到所需发光材料。

5. 工作计划

第12周：接受导师的安全教育，熟识实验环境。根据课题搜索相关文献，准备开题报告。在指导老师的指导下学习各种实验设备的使用以及药品储存使用规章制度，在旁学习导师做实验以便后期自己动手操作实验。

第34周：按照计划，进行相关实验，定期向指导老师汇报工作进程，通过多次的实验制备出转换的发光材料，并检验产品的性能。

第58周：将制成的产品拿到南工大去做光电效应的检测，根据结果，做出总结。