稳定性增强的三重态三重态湮灭上转换有机/无机复合超薄膜及其在发光型太阳能电池上的应用
发光太阳能聚光器(LSC)是一种能够转换太阳光谱的光学器件，使其对太阳能电池具有吸收能力，减少了昂贵的太阳能电池的使用面积。将太阳光谱转换为太阳电池有限带隙的发光池嵌入平面波导中，该平面波导将发射的光引导至波导的窄边。利用上转换、下转换和量子切割等不同机制，使太阳光谱达到理想的太阳电池带隙。三重态三重态湮灭上转换(TTA-UC)是一个双分子过程，通过敏化剂和发射体使光子发生蓝移。当把发光团嵌入波导中时，它的聚集降低了荧光发射强度。有机发光体对光敏感，在较长时间的光照下会降低其性能。因此，聚集性和光稳定性是衡量LSC性能的关键挑战。 本文从蒽和菲分子以及蒽和菲在特定浓度下的互溶性出发，论证了单分子型TTA-UC机理。蒽溶液在770nm激发下产生409nm的发射，蓝移361nm。菲的溶液形式为660nm激发，荧光上转换发射峰为389nm，蓝移271nm。蒽和菲的溶液，浓度为10-7M和10-3M。该溶液中的蒽于770nm激发，将其激发态能量转化为菲，并发射出389nm的光子。这一体系的光谱蓝移为381nm。 在石英基底上，将特定浓度的蒽(Ac)、菲(Ph)、蒽/菲与MgAl-LDHs共组装成超薄膜(UTFs)。由于蒽和菲都是中性分子，因此共聚物聚(丙烯酸-共乙基叔丁基丙烯酸-共甲基丙烯酸(PTBEM)被用作载体来实现(Ac@PTBEM/LDH)n，(Ph@PTBEM/LDH)n，(Ac&Ph@PTBEM/LDH)n（n=5、10、15、20、25和30层）的共组装。从蒽、菲在UTF紫外吸收光谱中的特征吸收峰确定了共组装的可行性。这三种UTF的紫外吸收率从5到30层呈线性增长。(Ac@PTBEM/LDH)n被激发770nm，在429nm处产生上转换发射峰。与蒽溶液相比,UTF红移20nm。(Ph@PTBEM/LDH)n在660nm下激发，并在411nm处给出上转换发射峰，和溶液对应物比产生22nm的红移。 (Ac&Ph@PTBEM/LDH)n以770nm为激发源，以蒽为激发源，在411nm处得到菲的发射峰。这三种UTF的荧光强度从5到30层都呈线性增长。紫外吸收和上转换发射的线性增加证实了在LDH的层间不存在任何类型的发色团聚集。当用作LSC时，所有的UTF都具有较高的光学效率，其中当层数为30层时光学效率最高。(Ac@PTBEM/LDH)30作为LSC基板时，太阳能电池的效率提高了80倍，JsC、VOC、FF、G、ηopt、C和η分别为3.16mAcm-2、1.13V、1.07、4.5、0.62％、2.79和3.82％。(Ph@PTBEM/LDH)30用作LSC的光谱转换器时，太阳能电池的效率增加了43倍,JsC、VOC、FF、G、ηopt、C和□η分别为2.39mAcm-2、0.91V、0.94、4.5、0.47％、2.11和2.04％。(Ac&Ph@PTBEM/LDH)30UTF作为LSC时，太阳能电池的效率提高了16倍,JSC、VOC、FF、G、ηopt、C和□η□分别为1.08mAcm-2、0.83v、0.89、4.5、0.21％、0.94和0.79％。 提高发光材料对光的稳定性一直是LSC的一个难点和热点。本文比较了蒽和菲在存在和无LDH的光稳定性。制作(Ac@PTBEM)30和(Ph@PTBEM)30的不含LDH的UTFs进行比较，并与(Ac@PTBEM/LDH)30和(Ph@PTBEM/LDH)30一起保存在环境条件下。在长达一个月的时间内，每5天测量一次上转换荧光发射强度的变化。由于破坏发色团的因素，无LDH的UTFs降低了它的荧光强度。然而，与LDH共组装的薄膜比较稳定。综上所述，水滑石不仅实现了蒽和菲的固载化而且提高了其在LSC中的光热稳定性。
太阳能电池;复合超薄膜;重态三重态湮灭上转换;光热稳定性
北京化工大学
硕士
化学
陆军
2019
中文
TM914.4;TM215.3
2019-10-08（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）