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随着能源危机的日益加深,如何解决人类的能源需求已成为全世界的难题。太阳能作为地球能量的来源,无穷无尽且干净安全,是一种开发潜力巨大的可再生能源。染料敏化太阳能电池(DSSCs)具备工艺简单等一系列的优点,有大好的发展前景,但却存在着对阳光中占50%的近红外光不能被染料吸收利用的问题。而将上转换材料引进电池光阳极的方法已被公认为是解决这个问题的有效途径之一。上转换材料具备将近红外光转换为可见光的光学特性,在太阳能电池中的应用能有效扩大染料可吸收的太阳光光谱范围,提高光捕捉能力并减少能量损失,达到改善电池光伏性能的目的。为了提高上转换材料的发光强度,本文在以CeO2为基质的CeO2:Er/Yb体系中掺入过渡金属离子Fe3+,用以改变Yb3+/Er3+周围局部晶体场的对称性。在此基础上,制备双层空心球结构的上转换纳米材料CeO2:Fe/Yb/Er,结合Fe3+离子共掺杂和双层空心形貌的双重优势使荧光发射的强度进一步增强。将所制备的材料印刷在DSSCs光阳极P25薄膜上作散射层,对电池的性能进行研究分析。另外,在过渡金属离子Fe3+掺杂的CeO2:Fe/Yb/Er上转换材料中,利用金属离子掺杂浓度的改变对材料的发光颜色进行调控,获得可选择性发光。本论文以CeO2为基质材料,Er3+/Yb3+为发光中心,掺入第三种金属离子Fe3+,并将材料应用于DSSCs的研究可分为以下三个主要部分:(1)采用经典水热法制得纳米八面体CeO2:Fe/Yb/Er上转换材料,通过XRD、XPS、SEM、HRTEM等表征手段证明材料的成功制备,并将其应用到DSSCs的光阳极中。结果表明:Fe3+离子的掺杂可以大幅度提高CeO2:Yb/Er纳米晶的上转换发光强度,在浓度为2 mol%处获得最强荧光发射。DSSCs的性能测试中,电极CeO2:Fe/Yb/Er有最高光电转换效率7.30%,比纯P25电极提高了 33.5%。证明纳米材料CeO2:Fe/Yb/Er较强的上转换发光强度、特殊的光散射性能和较好的染料负载能力使电池的光电转换效率显著提高。(2)采用一步水热法制备单层、双层CeO2:Fe/Yb/Er空心纳米球,并将其应用于DSSCs。通过XRD、SEM、HRTEM、EDX等手段对材料的成分组成、形貌结构、晶相等进行表征。将所制备的上转换材料进行荧光对比发现:相同形貌结构下,掺杂Fe3+离子的材料荧光发射明显强于未掺Fe3+的材料;离子掺杂的种类和浓度一致时,双层空心结构的材料发光强度大于单层空心球和纳米八面体结构的材料。DSSCs的性能测试结果表明:综合Fe3+离子共掺杂和双层空心结构两重优势并拥有最强荧光发射的D-CeO2:Fe/Yb/Er光阳极,相应有最高的DSSCs效率,达到7.99%。(3)采用简单的水热法制备得到不同离子掺杂浓度下的纳米八面体CeO2:Fe/Yb/Er上转换材料,并分别探讨了 Yb3+、Er3+、Fe3+的离子掺杂浓度对CeO2:Fe/Yb/Er纳米晶发光强度和发光颜色的影响,以获得材料的可选择性发光。研究表明:在Yb3+-Er3+-Fe3+共掺杂体系中,单一变量下Yb3+和Er3+掺杂浓度的增加会显著影响发光的强度,同时会增加CeO2:Fe/Yb/Er复合材料发射的红光绿光比。此外,Fe3+的掺杂不会改变该体系的发光机制,在最佳浓度5 mol%处的发光对比不掺Fe3+样品红光增强28倍,绿光增强7倍。将发光可调控的CeO2:Fe/Yb/Er应用到DSSCs中,为指示染料敏化剂的选择提供了可能。