一种量子点敏化太阳能电池光阳极的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及化学太阳能电池新材料领域,尤其是涉及量子点敏化太阳能电池光阳极的制备方法。
【背景技术】
[0002]量子点敏化太阳能电池是一种新型化学太阳能电池,以无机半导体化合物量子点材料为敏化剂,工作原理与染料敏化太阳能电池相似。具有低成本、制备工艺简单及环境友好等特点,因此具有良好的应用前景,有望替代现有高成本太阳能电池。
[0003]光阳极是量子点敏化太阳能电池的关键组成部分,承担吸收太阳光,进行光电转换及光生电子传输的作用。量子点敏化太阳能电池光阳极性能的优劣主要由电子传输材料、量子点敏化剂及两者结合方式决定。传统光阳极的制备方法是用巯基乙酸等有机桥连剂把量子点敏化剂桥接到二氧化钛纳米晶光阳极上。该方法能有效敏化二氧化钛纳米晶光阳极,但所用桥连剂通常为有机物,会影响电池长期稳定性,同时阻碍光生电子的传输,弓丨起暗反应。采用该方法制备的光阳极需要沉积ZnS、ZnSe、Si02等表面保护剂。
[0004]因此,探索一种简单方法制备一类稳定、高效的光阳极是量子点敏化太阳能电池走向实用化的关键技术。二氧化钛纳米晶是优异稳定的光阳极电子传输材料,硫族化合物量子点是高效的敏化剂。将二氧化钛纳米晶粒径进一步降低到量子点尺度,再与硫族化合物量子点直接复合,能形成均匀的复合结构。同时,在复合体系中,可形成电子传输通道与量子点敏化剂互穿的网络结构,无其他杂质存在,从而有利于光生电子的产生、快速分离和传输。
[0005]有鉴于此,发明人在经过一系列的研究和试验的基础上,开发出一种量子点敏化太阳能电池光阳极的新型制备方法,本案由此产生。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于提供一种量子点敏化太阳能电池光阳极的制备方法,其方法简单,且可为高效、稳定的量子点敏化太阳能电池的制备提供优异的光阳极材料。
[0007]为了实现上述目的,本发明采用如下技术方案:
[0008]—种量子点敏化太阳能电池光阳极的制备方法,制备步骤如下:
[0009 ]第一步,将市售均含油酸或油胺稳定剂的粒径均为1 _7nm的二氧化钛量子点与硫族化合物量子点分别分散在同一种非极性溶剂中,分别得到浓度为0.01-0.lmol/L二氧化钛量子点油相溶液和浓度为0.01-0.lmol/L硫族化合物量子点油相溶液;其中,所述非极性溶剂为环己烷、甲苯、庚烷、辛烷中的一种;
[0010]第二步,将上述二氧化钛量子点油相溶液与上述硫族化合物量子点油相溶液按体积比1/1-9/1混合均匀,往得到的量子点油相混合液中加入相当于量子点油相混合液2-10倍体积的极性憎溶剂使二氧化钛量子点和硫族化合物量子点共沉淀出来,形成二氧化钛-硫族化合物量子点团聚体;其中,极性憎溶剂为乙醇、甲醇、丙酮中的一种;
[0011]第三步,将此二氧化钛-硫族化合物量子点团聚体涂敷到经四氯化钛处理过的导电玻璃上,经氩气气氛下300-500°C热处理30-60min形成量子点敏化太阳能电池光阳极。
[0012]上述第一步中,所述硫族化合物量子点为硫/砸/碲化铺量子点、铜铟硫量子点、铜铟砸量子点、铜锌锡硫量子点、铜锌锡砸量子点中的一种。
[0013]所述硫族化合物量子点为硫/砸/碲化铺量子点。
[0014]所述量子点敏化太阳能电池光阳极的电子传输材料和量子点敏化材料共同存在于二氧化钛-硫族化合物量子点团聚体中,且此二氧化钛-硫族化合物量子点团聚体是从混合均匀的所述量子点油相混合液中添加极性憎溶剂后共沉淀出来,形成粒径为0.1-0.5μπι球形结构团聚体。
[0015]采用上述方案后,本发明制备方法简单,光阳极由二氧化钛量子点和硫族化合物量子点材料的油相分散液与极性憎溶剂作用共沉淀析出,形成具有球形结构的亚微米团聚体,这种亚微米团聚体可使各量子点材料更加稳定,同时无其他杂质,电子传输通道与敏化剂能形成良好的互穿网络复合结构,有利于光生电子的产生、快速分离和传输,可以显著提尚量子点敏化太阳能电池的稳定性,光生电子传输性能和减小电池暗反应。从而为尚效、稳定的量子点敏化太阳能电池的制备提供优异的光阳极材料,同时为该类电池的实用化奠定良好基础。用本发明方法所制备的光阳极所组装的量子点敏化太阳能电池,光电性能和稳定性均超过采用相同敏化剂的传统二氧化钛纳米晶光阳极。此外,本发明这种光阳极材料也可以用在钙钛矿太阳能电池、超级电容器等光电转换和存储器件的制备。
【具体实施方式】
[0016]实施例一:
[0017]本发明一种量子点敏化太阳能电池光阳极的制备方法,制备步骤如下:
[0018]第一步,将市售均含油酸稳定剂的粒径均为3.6nm的二氧化钛量子点和砸化铺量子点分别分散到100mL环己烷中,分别形成浓度为0.05mol/L的二氧化钛量子点环己烷溶液和浓度为0.05mol/L的砸化锑量子点环己烷溶液;
[0019]第二步,将70mL浓度为0.05mol/L的二氧化钛量子点环己烷溶液与30mL浓度为0.0 5mo 1 /L的砸化铺量子点环己烧溶液混合均勾,往得到的量子点油相混合液中加入200mL丙酮,使二氧化钛量子点和砸化锑量子点共沉淀出来,形成粒径为0.1-0.5μπι的球形二氧化钛-砸化锑量子点团聚体;
[0020]第三步,将0.lg 二氧化钛-砸化锑量子点团聚体分散在10mL乙醇中,得到二氧化钛-砸化锑量子点团聚体的乙醇分散液,将此乙醇分散液涂敷到经过70°C浓度为0.5mol/L的四氯化钛水溶液处理30min后的导电玻璃上,经450°C氩气气氛下热处理30min形成厚度为12μπι的量子点敏化太阳能电池光阳极。
[0021]将所制备的光阳极与金箔对电极及聚3-己基噻吩组装量子点敏化太阳能电池,在AM 1.5和100mW.cnf2标准太阳光下测试,光电转换效率达到5.3%。
[0022]实施例二:
[0023]本发明一种量子点敏化太阳能电池光阳极的制备方法,制备步骤如下:
[0024]第一步,将市售含油酸稳定剂的粒径5nm的二氧化钛量子点和含油胺稳定剂的粒径3nm的铜铟硫量子点分别分散到100mL甲苯中,分别形成浓度为0.05mol/L的二氧化钛量子点甲苯溶液和浓度为ο.05mol/L的铜铟硫量子点甲苯溶液;
[0025]第二步,将60mL浓度为0.05mol/L的二氧化钛量子点甲苯溶液与40mL浓度为
0.05mol/L的铜铟硫量子点甲苯溶液混合均匀,往得到的量子点油相混合液中加入200mL甲醇,使二氧化钛量子点和铜铟硫量子点共沉淀出来,形成粒径为0.1-0.5μπι的球形二氧化钛-铜铟硫量子点团聚体;
[0026]第三步,将0.lg二氧化钛-铜铟硫量子点团聚体分散在10mL乙醇中,得到二氧化钛-铜铟硫量子点团聚体的乙醇分散液,将此乙醇分散液涂敷到经过70°C浓度为0.5mol/L的四氯化钛水溶液处理30min后的导电玻璃上,经400°C氩气气氛下热处理30min形成厚度为12μπι的量子点敏化太阳能电池光阳极。
[0027]将所制备的光阳极与硫化铜对电极及2mol/L他25和211101/1 S的水溶液电解质组装量子点敏化太阳能电池,在AM 1.5和100mW.cm—2标准太阳光下测试,光电转换效率达到5.2%。
[0028]实施例三:
[0029]本发明一种量子点敏化太阳能电池光阳极的制备方法,制备步骤如下:
[0030]第一步,将市售均含油酸稳定剂的粒径6nm的二氧化钛量子点和粒径2nm的硫化铺量子点分别分散到100mL辛烷中,分别形成浓度为0.05mol/L的二氧化钛量子点辛烷溶液和浓度为0.05mol/L的硫化锑量子点辛烷溶液;
[0031]第二步,将50mL浓度为0.05mol/L的二氧化钛量子点辛烷溶液与50mL浓度为
0.05mol/L的硫化锑量子点辛烷溶液混合均勾,往得到的量子点油相混合液中加入200mL乙醇,使二氧化钛量子点和硫化锑量子点共沉淀出来,形成粒径为0.1-0.5μηι的球形二氧化钛-硫化锑量子点团聚体;
[0032]第三步,将0.lg 二氧化钛-硫化锑量子点团聚体分散在10mL乙醇中,得到二氧化钛-硫化锑量子点团聚体的乙醇分散液,将此乙醇分散液涂敷到经过70°C浓度为0.5mol/L的四氯化钛水溶液处理30min后的导电玻璃上,经350°C氩气气氛下热处理30min形成厚度为12μπι的量子点敏化太阳能电池光阳极。
[0033]将所制备的光阳极与金箔对电极及聚3-己基噻吩组装量子点敏化太阳能电池,在AM 1.5和100mW.cnf2标准太阳光下测试,光电转换效率达到5.6%。
[0034]以上仅为本发明的较佳实施例,并非对本发明的保护范围的限定,凡依本案的设计思路所做的等同变化,均落入本案的保护范围。
【主权项】
1.一种量子点敏化太阳能电池光阳极的制备方法,其特征在于,制备步骤如下: 第一步,将市售均含油酸或油胺稳定剂的粒径均为l-7nm的二氧化钛量子点与硫族化合物量子点分别分散在同一种非极性溶剂中,分别得到浓度为0.01-0.lmol/L二氧化钛量子点油相溶液和浓度为0.01-0.lmol/L硫族化合物量子点油相溶液;其中,所述非极性溶剂为环己烷、甲苯、庚烷、辛烷中的一种; 第二步,将上述二氧化钛量子点油相溶液与上述硫族化合物量子点油相溶液按体积比1/1-9/1混合均匀,往得到的量子点油相混合液中加入相当于量子点油相混合液2-10倍体积的极性憎溶剂使二氧化钛量子点和硫族化合物量子点共沉淀出来,形成二氧化钛-硫族化合物量子点团聚体;其中,极性憎溶剂为乙醇、甲醇、丙酮中的一种; 第三步,将此二氧化钛-硫族化合物量子点团聚体涂敷到经四氯化钛处理过的导电玻璃上,经氩气气氛下300-500°C热处理30-60min形成量子点敏化太阳能电池光阳极。2.如权利要求1所述的量子点敏化太阳能电池光阳极的制备方法,其特征在于:上述第一步中,所述硫族化合物量子点为硫/砸/碲化铺量子点、铜铟硫量子点、铜铟砸量子点、铜锌锡硫量子点、铜锌锡砸量子点中的一种。3.如权利要求2所述的量子点敏化太阳能电池光阳极的制备方法,其特征在于:所述硫族化合物量子点为硫/砸/碲化锑量子点。4.如权利要求1所述的量子点敏化太阳能电池光阳极的制备方法,其特征在于:所述量子点敏化太阳能电池光阳极的电子传输材料和量子点敏化材料共同存在于二氧化钛-硫族化合物量子点团聚体中,且此二氧化钛-硫族化合物量子点团聚体是从混合均匀的所述量子点油相混合液中添加极性憎溶剂后共沉淀出来,形成粒径为0.1-0.5μπι球形结构团聚体。
【专利摘要】本发明公开了一种量子点敏化太阳能电池光阳极的制备方法,首先将均含油酸或油胺稳定剂的二氧化钛量子点与硫/硒/碲化锑量子点、铜铟硫量子点、铜铟硒量子点、铜锌锡硫量子点、铜锌锡硒量子点中的一种分别分散在同一种非极性溶剂中,形成油相溶液;再将两种油相溶液混合均匀,并加入极性憎溶剂使二氧化钛量子点和硫族化合物量子点共沉淀出来,形成二氧化钛-硫族化合物量子点团聚体;最后将二氧化钛-硫族化合物量子点团聚体涂敷到经四氯化钛处理过的导电玻璃上,经氩气气氛下热处理形成量子点敏化太阳能电池光阳极。本发明制备方法简单,且可以显著提高量子点敏化太阳能电池的稳定性,光生电子传输性能和减小电池暗反应。
【IPC分类】H01G9/048, H01L51/48, H01L51/44, H01L51/46, H01G9/20, H01G9/042
【公开号】CN105489383
【申请号】CN201510998902
【发明人】兰章, 吴季怀
【申请人】华侨大学
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年12月28日