The scope of this thesis is to investigate the upconversion properties of NaYF<sub>4</sub>:Yb,Er nanomaterials and to optimize their integration into dye sensitized solar cells (DSSCs), a promising new photovoltaic technology. NaYF<sub>4</sub>:Yb,Er converts near infrared light, normally not absorbed by DSSCs, to visible light, therefore potentially increasing the efficiency of the solar cells.This thesis is manuscript-based, with two primary studies. The first study focuses on optimization and maximization of the upconversion properties of NaYF<sub>4</sub>:Yb,Er micro and nanophosphors through annealing. As these materials are intended for integration into DSSCs, small particle sizes are preferable; however, small sized upconversion phosphors generally suffer from lower upconversion. Through optimization, different sized (300 nm, 700 nm, and 2.3 μm) NaYF<sub>4</sub>:Yb,Er crystals were produced and successfully annealed without particle size and shape loss while simultaneously maximizing their upconversion luminescence by several orders of magnitude. Quantum yields were achieved (2.5%) that approach that of similar bulk materials.The second study focuses on integration of the 300 nm UC crystals into DSSCs as an internal scattering layer, aiming to serve the dual purpose of increasing light absorption through scattering and upconversion. Nanocomposite NaYF<sub>4</sub>:Yb,Er@TiO<sub>2</sub> ("core-shell" type) materials were synthesized for this purpose. When integrated as an internal layer in the DSSC, the influence of the TiO<sub>2</sub> shell on the normal electrical functioning of the cells is important. Integration of pure NaYF<sub>4</sub>:Yb,Er materials severely interferes with the cell's normal operation, decreasing overall performance, however when the fraction of TiO<sub>2</sub> in the upconversion material is appropriate, a relative increase of 16% in power conversion is accomplished. This increase was attributed entirely to scattering with negligible contribution from upconversion under standard solar illumination. / Le but de cette thèse est d'étudier les propriétés de conversion ascendante des nanomatériaux NaYF<sub>4</sub>:Yb, Er et d'optimiser leur intégration dans des cellules à pigment photosensible (DSSC), une nouvelle technologie photovoltaïque prometteuse. NaYF<sub>4</sub>:Yb, Er convertit la lumière infrarouge, qui normalement n'est pas absorbée par les DSSCs, en lumière visible, donc elle a le potentiel d'augmenter l'efficacité des cellules solaires. Ce manuscrit décrit deux études principales. La première étude se concentre sur l'optimisation et la maximisation par recuit des propriétés de conversion ascendante des NaYF4:Yb, Er micro et nanophosphors. Comme ces matériaux sont destinés à l'intégration dans les DSSCs, des petites tailles sont préférable, cependant les phosphores de petite taille souffrent généralement d'une faible conversion ascendante. Grâce à l'optimisation, des particules NaYF4:Yb, Er avec des tailles de 300 nm ont été produites. Par recuit, la taille des particules et leur forme ont été maintenus et la conversion ascendante a été augmentée de plusieurs ordres de grandeur, pour atteindre une efficacité de 2,5%, proche de l'efficacité obtenue par des matériaux massifs de composition similaire.La deuxième étude se concentre sur l'intégration de ces matériaux comme couche de diffusion interne dans les DSSCs, pour augmenter l'absorption de la lumière par diffusion et conversion ascendante de celle-ci. Des matériaux nanocomposites NaYF<sub>4</sub>:Yb,Er@TiO<sub>2</sub> ont été synthétisés. Comprendre l'influence de celle-ci sur le fonctionnement électrique normale des cellules est important. L'intégration des matériaux NaYF<sub>4</sub>:Yb,Er purs interfère grandement avec le fonctionnement normal de la cellule, ce qui diminue la performance. Cependant, quand la fraction de TiO<sub>2</sub> dans le matériau de conversion ascendante est appropriée, une augmentation relative de 16% dans la conversion d'énergie est obtenue. Cette augmentation est entièrement attribuable à la diffusion avec une contribution négligeable de la conversion ascendante.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LACETR/oai:collectionscanada.gc.ca:QMM.119736 |
| Date | January 2013 |
| Creators | Dyck, Nathan |
| Contributors | George Demopoulos (Internal/Supervisor) |
| Publisher | McGill University |
| Source Sets | Library and Archives Canada ETDs Repository / Centre d'archives des thèses électroniques de Bibliothèque et Archives Canada |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation |
| Format | application/pdf |
| Coverage | Master of Science (Department of Mining and Materials) |
| Rights | All items in eScholarship@McGill are protected by copyright with all rights reserved unless otherwise indicated. |
| Relation | Electronically-submitted theses. |
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