一種用於太陽電池的量子點敏化劑的超聲沉積方法
2023-10-23 21:17:12
專利名稱：一種用於太陽電池的量子點敏化劑的超聲沉積方法
技術領域：
本發明屬於太陽能技術領域，更具體涉及一種用於太陽電池的量子點敏化劑的超聲沉積方法。
背景技術：
近年來能源短缺造成國際石油價格逐年增長，太陽能作為一種來源豐富且乾淨環保的新能源備受矚目。染料敏化太陽能電池(DSSCs)是近年來新研發的一種低成本且高光電轉換效率的太陽能電池。DSSCs是由瑞士科學家Micheal GrStzel的團隊於1991年提出， 興起了各界對 DSSC 電池的研究熱潮(0，Regan, B.，Gratzel, M.，Nature, 1991，353，737)。 DSSCs是將吸附了染料的寬禁帶半導體納米晶薄膜作為正極，表面鍍有一層鉬的導電玻璃作為對電極，正極和對電極之間加入氧化-還原電解質形成的。染料分子吸收太陽光能， 電子從基態躍遷到激發態，激發態上面的電子快速注入緊鄰的TiO2導帶，染料中失去的電子很快從電解質中得到補償，進入T^2導帶中的電子最終進入導電膜，然後通過外電路到對電極產生光電流。然而，染料的穩定性還有待進一步的提高，而且價格也相對較高，所以採用價格便宜的窄禁帶無機半導體量子點作為敏化劑，可以降低電池的成本，提高穩定性， 這種電池成為量子點敏化太陽能電池(QDSSCs)。一般染料吸收一個光子最多產生一個電子，量子點可以由一個高能光子產生多個電子，大大提高量子產率(Nozik，A. J. ,PhysicaE, 2002，14，115)。但是目前利用量子點敏化的太陽能電池QDSSCs其總體效率還遠遠低於DSSC，為了提高QDSSCs的光電轉換效率，開展了大量的對QDSSCs的改性工作，例如利用Au對電極來增加聚硫氧化還原電對的反應速率，然而由於量子點在光陽極材料T^2表面的吸附狀況不佳，造成了量子點敏化太陽能電池的短路電流和填充因子的低下。
發明內容
為了解決上述問題，本發明提供了一種用於太陽電池的量子點敏化劑的超聲沉積方法。在進行敏化劑量子點沉積的過程中採用恆溫超聲震蕩來輔助量子點的合成，改善了量子點在光陽極材料TiO2表面的吸附狀況，發生紅移，提高了量子點敏化太陽能電池的短路電流和光電轉換效率。本發明是通過以下技術方案實施的
一種用於太陽電池的量子點敏化劑的超聲沉積方法，該方法是在進行敏化劑量子點沉積的過程中採用恆溫超聲震蕩來輔助量子點的合成。所述方法中溫度恆定在20_50°C。所述方法中超聲震蕩頻率設定在25-50KHZ之間。所述方法的具體步驟為
1)配備濃度為0. 01M-1M含有半導體量子點陽離子的可溶性硝酸鹽溶液和含有陰離子的可溶性溶液；2)將步驟1)中配備好的兩種d溶液放入20-50°C的超聲水浴中，保持30-60min，其中超聲的頻率為25-50KHz ；
3)將待敏化的寬禁帶半導體光陽極材料交替浸入步驟幻中的溶液中Ι-lOmin，成為敏化後的光陽極材料；
4)將步驟幻所得的敏化後的光陽極材料與Pt電極組裝成量子點敏化太陽能電池。本發明的優點在於在進行敏化劑半導體量子點沉積的過程中採用恆溫超聲震蕩來輔助半導體量子點的合成，改善了半導體量子點在光陽極材料TiO2表面的吸附狀況，發生紅移，抑制了暗電流的產生，提高了量子點敏化太陽能電池的短路電流和光電轉換效率。 此方法簡單，價格便宜，易於操作，並且適宜大面積製作。在lOOmW/cm2的光強條件下，組裝成的CdS敏化太陽能電池的光電轉化效率為0. 858%，開路電壓為0. 440V，短路電流為 4. 973mA/cm2，填充因子為39%，比未用恆溫超聲震蕩合成CdS量子點的量子點敏化太陽能電池的效率高出52%。本發明將通過下面實例來進行舉例說明，但是，本發明並不限於這裡所描述的實施方案，本發明的實施例僅用於進一步闡述本發明。對於本領域的技術人員對本發明的內容所進行的替代、改動或變更，這些等價形式同樣落入本申請所限定的範圍內。
圖1為FTO上面絲網印刷TiA納米晶顆粒的剖面SEM圖； 圖2為FTO上面絲網印刷TW2納米晶顆粒的SEM圖3為採用與未採用恆溫超聲震蕩合成量子點的紫外可見吸收光譜圖；其中A曲線對應於未採用超聲震蕩合成量子點的紫外可見吸收光譜，B曲線對應於採用超聲震蕩合成量子點的紫外可見吸收光譜；
圖4為採用與未採用恆溫超聲震蕩合成量子點的量子點敏化太陽能電池的I-V曲線； 其中C曲線對應於未採用超聲震蕩合成量子點的量子點敏化太陽能電池，D曲線對應於採用超聲震蕩合成量子點的量子點敏化太陽能電池；
圖5為採用與未採用恆溫超聲震蕩合成量子點的量子點敏化太陽能電池的性能參數。
具體實施例方式一種用於太陽電池的量子點敏化劑的超聲沉積方法，該方法是在進行敏化劑CdS 量子點沉積的過程中採用恆溫超聲震蕩來輔助CdS量子點的合成。所述方法的具體步驟為
1)配備濃度為ο.OlM-IM含有半導體量子點陽離子的可溶性硝酸鹽溶液和含有陰離子的可溶性溶液；
2)將步驟1)中配備好的兩種溶液放入20-50°C的超聲水浴中，保持30-60min，其中超聲的頻率為25-50KHz ；
3)將待敏化的寬禁帶半導體光陽極材料交替浸入步驟幻中的溶液中Ι-lOmin，成為敏化後的光陽極材料；
4)將步驟幻所得的敏化後的光陽極材料與Pt電極組裝成量子點敏化太陽能電池。實施例1一種用於太陽電池的量子點敏化劑的超聲沉積方法的具體步驟為
1)將粒徑為20nm左右的TiO2納米顆粒漿料用絲網印刷將其印在導電基底上，並於 450°C燒結30min，得到待敏化的光陽極材料，其光陽極材料的膜厚度為5μπι ；
2)配備0.3Μ Cd(NO3)2的乙醇與水的混合溶液和0. 3Μ的Na2S的乙醇與水的混合溶液， 其中乙醇與水的體積比為11;
3)將步驟幻中配備好的兩種溶液放入20°C的超聲水浴中，保持30min，其中超聲的頻率為2 ；
4)將待敏化的光陽極材料交替侵入步驟3)中的Cd(NO3)2和Na2S溶液中5min，成為敏化後的光陽極材料；
5)將步驟4)所得的敏化後的光陽極材料與Pt電極組裝成量子點敏化太陽能電池。實施例2
一種用於太陽電池的量子點敏化劑的超聲沉積方法的具體步驟為
1)將粒徑為20nm左右的TiO2納米顆粒漿料用絲網印刷將其印在導電基底上，並於 450°C燒結30min，得到待敏化的光陽極材料，其光陽極材料的膜厚度為5 μ m ；
2)配備0.3M Cd(NO3)2的乙醇與水的混合溶液和0. 3M的Na2S的乙醇與水的混合溶液， 其中乙醇與水的體積比為11;
3)將步驟幻中配備好的兩種溶液放入20°C的超聲水浴中，保持30min，其中超聲的頻率為:3 ；
4)將待敏化的光陽極材料交替侵入步驟3)中的Cd(NO3)2和Na2S溶液中5min，成為敏化後的光陽極材料；
5)將步驟4)所得的敏化後的光陽極材料與Pt電極組裝成量子點敏化太陽能電池。實施例3
一種用於太陽電池的量子點敏化劑的超聲沉積方法的具體步驟為
1)將粒徑為20nm左右的TiO2納米顆粒漿料用絲網印刷將其印在導電基底上，並於 450°C燒結30min，得到待敏化的光陽極材料，其光陽極材料的膜厚度為5μπι ；
2)配備0.3Μ Cd(NO3)2的乙醇與水的混合溶液和0. 3Μ的Na2S的乙醇與水的混合溶液， 其中乙醇與水的體積比為11;
3)將步驟幻中配備好的兩種溶液放入30°C的超聲水浴中，保持30min，其中超聲的頻率為50KHz ；
4)將待敏化的光陽極材料交替侵入步驟3)中的Cd(NO3)2和Na2S溶液中5min，成為敏化後的光陽極材料；
5)將步驟4)所得的敏化後的光陽極材料與Pt電極組裝成量子點敏化太陽能電池。
權利要求
1.一種用於太陽電池的量子點敏化劑的超聲沉積方法，其特徵在於所述方法是在進行敏化劑量子點沉積的過程中採用恆溫超聲震蕩來輔助量子點的合成。
2.根據權利要求1所述的量子點敏化劑的超聲沉積方法，其特徵在於所述的恆定溫度在20-50°C之間。
3.根據權利要求1所述的量子點敏化劑的超聲沉積方法，其特徵在於所述的超聲震蕩的頻率在25K-45KHz之間，功率在20-100W之間。
4.根據權利要求1所述的量子點敏化劑的超聲沉積方法，其特徵在於所述方法的具體步驟為1)配備濃度為0.01M-1M含有半導體量子點陽離子的可溶性硝酸鹽溶液和含有陰離子的可溶性溶液；2)將步驟1)中配備好的兩種溶液放入20-50°C的超聲水浴中，保持30-60min，其中超聲的頻率為25-50KHz ；3)將待敏化的寬禁帶半導體光陽極材料交替浸入步驟幻中的溶液中Ι-lOmin，成為敏化後的光陽極材料；4)將步驟幻所得的敏化後的光陽極材料與Pt電極組裝成量子點敏化太陽能電池。
全文摘要
本發明涉及一種用於太陽電池的量子點敏化劑的超聲沉積方法，該方法是在進行敏化劑半導體量子點沉積的過程中採用恆溫超聲震蕩來輔助半導體量子點的合成，改善了半導體量子點在寬禁帶半導體光陽極材料表面的吸附狀況，發生紅移，提高了量子點敏化太陽能電池的短路電流和光電轉換效率。用此處理方法簡單易行，價格便宜，適合大面積製作。
文檔編號H01M14/00GK102543455SQ201110389120
公開日2012年7月4日 申請日期2011年11月30日 優先權日2011年11月30日
發明者孫哲, 鄒小平, 魏翠柳 申請人:北京信息科技大學