微波辅助熔融淬火法制备Er3+掺杂TeO2玻璃及其在提升染料敏化太阳能电池效率中的应用

研究人员针对染料敏化太阳能电池(DSSC)近红外光利用率低的问题，通过微波辅助熔融淬火技术成功制备Er3+掺杂TeO2-Na2O-BaO玻璃体系。该材料在800 nm激发下产生强绿色上转换(UC)发光，使DSSC效率从1.68%提升至2.55%（增幅51.78%），为第三代太阳能电池性能优化提供新思路。

　　

随着全球能源需求激增，太阳能电池技术成为解决能源危机的关键。其中，第三代染料敏化太阳能电池(DSSC)因制备成本低、透光性好等优势备受关注，但其效率受限于对近红外(NIR)光的吸收不足。碲酸盐玻璃因其低声子能量(700-800 cm^-1)成为稀土离子理想宿主，但传统熔融淬火法易导致析晶问题。印度尼西亚的研究团队创新性地采用微波辅助熔融淬火技术，成功制备Er³⁺掺杂TeO₂-Na_{22-BaO玻璃，系统研究了其在DSSC效率提升中的应用，成果发表于《Journal of Alloys and Compounds》。}

关键技术包括：1) 微波辅助熔融淬火制备69-xTeO₂:25Na₂O:5BaO:xEr₂O₃(x=0.3-1.0 mol%)玻璃；2) 通过密度、折射率等物理参数表征材料特性；3) 800 nm激光激发下的上转换发光光谱分析；4) 基于Z907染料的DSSC器件组装与效率测试。

【物理和结构性质】
随着Er³⁺浓度增加，玻璃密度从5.08增至5.21 g/cm³，折射率从2.08升至2.12。XRD证实非晶态结构，FTIR显示TeO₄三角双锥体向TeO₃亚单元转变。

【上转换发光特性】
在800 nm激发下，观察到553 nm(⁴S_3/2→⁴I_15/2)强绿光发射，TNaBaEr1.0样品发光最强，归因于Er³⁺的4f电子跃迁和低声子能量抑制非辐射弛豫。

【DSSC性能提升】
将玻璃置于DSSC背面时，TNaBaEr1.0使效率从1.68%提升至2.55%，主要源于UC过程将未被吸收的NIR光转换为可见光。而正面放置会导致有害的下转换效应。

该研究通过创新制备方法解决了碲酸盐玻璃析晶难题，首次证实Er³⁺掺杂碲酸盐玻璃对DSSC的显著增效作用。51.78%的效率提升幅度远超同类硼酸盐玻璃体系(7%)，为光伏器件设计提供了新材料选择。微波辅助技术的快速加热特性(20-40°C/min)更适用于工业化生产，推动第三代太阳能电池实用化进程。