亞碲酸鎘量子點(diǎn)敏化太陽能電池及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于太陽能技術(shù)領(lǐng)域，更具體涉及一種用于太陽能電池的量子點(diǎn)敏化劑及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，人類社會(huì)正面臨著環(huán)境不斷惡化和能源日漸短缺的嚴(yán)重問題，能源危機(jī)已經(jīng)愈演愈烈，然而現(xiàn)今的能源供給依然主要依賴于化石能源，隨著地球上化石燃料的逐漸耗盡及環(huán)境污染的日趨加重，人們不得不尋找新的可再生能源。安全可靠、無污染的太陽能無疑是人類未來能源發(fā)展的首選。因此，以太陽能作為新能源供應(yīng)來源最受注目，從技術(shù)發(fā)展過程或未來前瞻性都受到各界密切的關(guān)注。通過光電效應(yīng)直接把光能轉(zhuǎn)化為電能的裝置就是太陽能電池。在各類新型太陽能電池中，由于量子點(diǎn)具有量子限域效應(yīng)、帶隙可調(diào)、多激子效應(yīng)、高消光系數(shù)、制造成本低等特點(diǎn),近年來用無機(jī)量子點(diǎn)替代有機(jī)染料作為光敏化劑的量子點(diǎn)敏化太陽能電池(Quantum dots-Sensitized Solar Cells,QDSCs)被廣泛研究。QDSCs是將吸附了量子點(diǎn)的寬禁帶半導(dǎo)體納米晶薄膜作為正極，表面鍍有一層鉬的導(dǎo)電玻璃作為對(duì)電極，正極和對(duì)電極之間加入氧化-還原電解質(zhì)形成的。量子點(diǎn)吸收太陽光能，電子從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)，激發(fā)態(tài)上面的電子快速注入緊鄰的T12導(dǎo)帶，量子點(diǎn)中失去的電子很快從電解質(zhì)中得到補(bǔ)償，進(jìn)入T12導(dǎo)帶中的電子最終進(jìn)入導(dǎo)電玻璃，然后通過外電路到對(duì)電極產(chǎn)生光電流。雖然QDSCs的轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)得到了極大的提高，但是其效率還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其30%的理論效率。為了進(jìn)一步提高QDSCs的效率，有科研工作者將基于T12的η型QDSCs與基于N1的P型QDSCs串聯(lián)成一塊電池形成了疊層太陽能電池(Tandem SolarCells)。染料疊層太陽能電池的理論效率是43%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過單結(jié)η型或P型DSSCs的理論效率，其開路電壓等于η型電池和P型電池開路電壓之和，短路電流是取決于光陽極和光陰極電流的最小者，這是由串聯(lián)電路的特點(diǎn)決定的。
[0003]然而量子點(diǎn)疊層太陽能電池的電流是由η型和P型QDSCs電流較小者決定，所以量子點(diǎn)敏化疊層太陽能電池的電流被較差的P型量子點(diǎn)敏化太陽能電池電流所束縛，致使量子點(diǎn)敏化疊層太陽能電池的高理論效率未能實(shí)現(xiàn)。(Rhee J.H., Lee Y.H., BeraP.Chemical Physics Letters，2009，477，345-348)用 Cu2S 敏化 p 型 N1 制備 QDSC 得到了260-360 μ A/cm2的短路電流密度和91_95mV的開路電壓，但是，目前用CdTeO3作為量子點(diǎn)敏化P型N1的工作還未見報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了提高基于P型N1的QDSCs的性能，本發(fā)明提供了一種用于太陽能電池的CdTeO3量子點(diǎn)敏化劑及其制備方法，使得P型QDSCs的短路電流密度、開路電壓和光電轉(zhuǎn)換效率有了較大程度的提升。
[0005]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)施的:
亞碲酸鎘量子點(diǎn)敏化太陽能電池及其制備方法，該方法是通過SILAR法將CdTeO3量子點(diǎn)中作為敏化劑組裝成量子點(diǎn)敏化太陽能電池。
[0006]所述方法的具體步驟為:
1)配備濃度為0.01M-1M含有量子點(diǎn)陽離子的可溶性鹽溶液，放入20-50°C的水浴中恒溫 30_60min ；
2)配備濃度為0.01M-1M含有量子點(diǎn)陰離子的可溶性溶液，放入20-50°C的水浴中恒溫30_60min ；
3)將待敏化的寬禁帶半導(dǎo)體光陰極材料浸入步驟I)制備的溶液中Ι-lOmin，取出用相應(yīng)溶劑清洗干凈，并用加熱臺(tái)干燥；
5)將步驟3)得到的光陽極材料浸入步驟2)制備的陰離子溶液中Ι-lOmin，取出用相應(yīng)溶劑清洗干凈，并用加熱臺(tái)干燥，則在光陰極材料上形成CdTeO3量子點(diǎn)敏化劑層；
[0007]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:將CdTeO3量子點(diǎn)作為敏化劑組裝成量子點(diǎn)敏化太陽能電池，通過改變電池光陰極的費(fèi)米能級(jí)位置，從而使得電池的開路電壓得到較大程度的提高。在lOOmW/cm2的光強(qiáng)條件下，該太陽能電池的短路電流密度為0.364mA/cm2,開路電壓為103.7mV,光電轉(zhuǎn)換效率為0.0185%,比無CdTeO3量子點(diǎn)敏化的N1太陽能電池的開路電壓提高了 70.8%，光電轉(zhuǎn)換效率提高了 69.7%。
[0008]本發(fā)明將通過下面實(shí)例來進(jìn)行舉例說明，但是，本發(fā)明并不限于這里所描述的實(shí)施方案，本發(fā)明的實(shí)施例僅用于進(jìn)一步闡述本發(fā)明。對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的內(nèi)容所進(jìn)行的替代、改動(dòng)或變更，這些等價(jià)形式同樣落入本申請(qǐng)所限定的范圍內(nèi)。
【附圖說明】
[0009]圖1為CdTeO3量子點(diǎn)敏化的N1光陰極的紫外-可見吸收光譜圖；
圖2為無CdTeO3量子點(diǎn)敏化的N1和CdTeO3量子點(diǎn)敏化太陽能電池的J-V曲線；其中，A對(duì)應(yīng)于無CdTeO3量子點(diǎn)敏化的N1太陽能電池，B對(duì)應(yīng)于CdTeO3量子點(diǎn)敏化太陽能電池；
圖3為無CdTeO3量子點(diǎn)敏化的N1和CdTeO3量子點(diǎn)敏化太陽能電池的性能參數(shù)；
圖4為無CdTeO3量子點(diǎn)敏化的N1和CdTeO3量子點(diǎn)敏化太陽能電池的的光電轉(zhuǎn)化效率曲線；其中，C對(duì)應(yīng)于無CdTeO3量子點(diǎn)敏化的N1太陽能電池，D對(duì)應(yīng)于CdTeO3量子點(diǎn)敏化太陽能電池；
圖5為無CdTeO3量子點(diǎn)敏化的N1和CdTeO3量子點(diǎn)敏化太陽能電池的電化學(xué)交流阻抗譜；其中，E對(duì)應(yīng)于無CdTeO3量子點(diǎn)敏化的N1電池，F(xiàn)對(duì)應(yīng)于CdTeO3量子點(diǎn)敏化太陽能電池，插圖為電化學(xué)交流阻抗譜的等效電路。
【具體實(shí)施方式】
[0010]亞碲酸鎘量子點(diǎn)敏化太陽能電池及其制備方法，該方法是將CdTeO3量子點(diǎn)中作為敏化劑組裝成量子點(diǎn)敏化太陽能電池。
[0011]實(shí)施例1
亞碲酸鎘量子點(diǎn)敏化劑及其制備方法的具體步驟為:
1)配備濃度為0.0lM的Cd(NO3)2溶液，放入20-50°C的水浴中30_60min ；
2)配備濃度為0.0lM的Na2TeO3溶液，放入20_50°C的水浴中30_60min ； 3)將待敏化的光陰極材料N1浸入步驟I)制備的溶液中5min，取出用相應(yīng)溶劑清洗干凈，并用加熱臺(tái)干燥；
4)將步驟3)得到的光陽極材料浸入步驟2)制備的Na2TeO3溶液中5min，取出用相應(yīng)溶劑清洗干凈，并用熱臺(tái)干燥，則在光陰極材料上形成了 CdTeO3量子點(diǎn)敏化劑層；
[0012]實(shí)施例2
亞碲酸鎘量子點(diǎn)敏化劑及其制備方法的具體步驟為:
1)配備濃度為0.05M的Cd(NO3)2溶液，放入20-50°C的水浴中30_60min ；
2)配備濃度為0.05M的Na2TeO3溶液，放入20_50°C的水浴中30_60min ；
3)將待敏化的光陰極材料N1浸入步驟I)制備的溶液中5min，取出用相應(yīng)溶劑清洗干凈，并用加熱臺(tái)干燥；
4)將步驟3)得到的光陽極材料浸入步驟2)制備的Na2TeO3溶液中5min，取出用相應(yīng)溶劑清洗干凈，并用熱臺(tái)干燥，則在光陰極材料上形成了 CdTeO3量子點(diǎn)敏化劑層；
[0013]實(shí)施例3
亞碲酸鎘量子點(diǎn)敏化劑及其制備方法的具體步驟為:
1)配備濃度為0.1M的Cd(NO3)2溶液，放入20-50°C的水浴中30_60min ；
2)配備濃度為0.1M的Na2TeO3溶液，放入20_50°C的水浴中30_60min ；
3)將待敏化的光陰極材料N1浸入步驟I)制備的溶液中5min，取出用相應(yīng)溶劑清洗干凈，并用加熱臺(tái)干燥；
4)將步驟3)得到的光陽極材料浸入步驟2)制備的Na2TeO3溶液中5min，取出用相應(yīng)溶劑清洗干凈，并用熱臺(tái)干燥，則在光陰極材料上形成了 CdTeO3量子點(diǎn)敏化劑層。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于太陽能電池的亞碲酸鎘量子點(diǎn)敏化劑，其特征在于所述方法是將亞碲酸鎘量子點(diǎn)作為敏化劑組裝成量子點(diǎn)敏化太陽能電池。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池，其特征在于所述的太陽能電池為P型一氧化鎳量子點(diǎn)敏化太陽能電池。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的亞碲酸鎘量子點(diǎn)敏化劑，其特征在于所述的量子點(diǎn)敏化方法為連續(xù)離子層吸附與反應(yīng)(Successive 1nic layer adsorpt1n and react1n, SILAR)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的摻雜量子點(diǎn)敏化劑，其特征在于所述方法的具體步驟為: 1)配備濃度為0.0lM-1M含有量子點(diǎn)陽離子的可溶性鹽溶液，放入20-50°C的水浴中恒溫 30_60min ； 2)配備濃度為0.01M-1M含有量子點(diǎn)陰離子的可溶性溶液，放入20-50°C的水浴中恒溫30_60min ； 3)將待敏化的寬禁帶半導(dǎo)體光陰極材料浸入步驟I)制備的溶液中Ι-lOmin，取出用相應(yīng)溶劑清洗干凈，并用加熱臺(tái)干燥； 4)將步驟3)得到的光陰極材料浸入步驟2)制備的陰離子溶液中Ι-lOmin，取出用相應(yīng)溶劑清洗干凈，并用加熱臺(tái)干燥，則在光陰極材料上形成亞碲酸鎘量子點(diǎn)敏化劑層。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于太陽能電池的CdTeO3量子點(diǎn)敏化劑及其制備方法，該方法是將CdTeO3量子點(diǎn)作為敏化劑組裝成量子點(diǎn)敏化太陽能電池。通過改變光陰極費(fèi)米能級(jí)的位置使電解液的氧化還原電位與光陰極的費(fèi)米能級(jí)的差值增大，最終提高了太陽能電池的開路電壓以及光電轉(zhuǎn)換效率。此方法簡單，易于操作，成本低，可大面積制作。
【IPC分類】H01G9-20
【公開號(hào)】CN104681293
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201310634442
【發(fā)明人】鄒小平, 趙川, 何勝
【申請(qǐng)人】北京信息科技大學(xué)
【公開日】2015年6月3日
【申請(qǐng)日】2013年12月3日