CN101217171A - 量子点敏化太阳能电池电极及其制备方法 - Google Patents

量子点敏化太阳能电池电极及其制备方法 Download PDF

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Abstract

量子点敏化太阳能电池电极及其制备方法，将十八烯、磷酸三丁酯和硒粉混合制成硒前驱体；将油酸、十八烯和氧化镉粉混合镉前驱体；将纳米二氧化钛粉分散在十八烯中制成二氧化钛的十八烯溶液，二氧化钛的十八烯溶液与镉前驱体和硒前驱体混合液中洗涤干燥，得到量子点敏化的二氧化钛纳米晶；将量子点敏化的二氧化钛粉体、非离子型表面活性剂混合研磨制成浆料，将此浆料均匀涂布在透明导电基片上形成薄膜，烧结即可。由于量子点是在二氧化钛表面直接原位合成的，因此量子点与二氧化钛粒子结合紧密，有利于提高电池的稳定性以及光电转化效率，而且在油性体系下生成的量子点，具有很高的结晶度和发光效率，有利于进一步提高太阳能电池效率。

Description

量子点敏化太阳能电池电极及其制备方法
技术领域
本发明属于染料敏化太阳能电池材料领域，具体涉及一种量子点敏化太阳能电池电极及其制备方法。
背景技术
随着全球性能源危机日益严重，人们迫切希望可以找到一种可持续发展的清洁能源。太阳能作为一种取之不尽的天然能源，日益受到世界各国的关注。染料敏化太阳能电池与传统硅太阳能电池相比，成本低廉，制作简单，成为各国学者研究的热点。在染料敏化太阳能电池的制作过程中，其关键步骤之一就是对宽禁带半导体薄膜进行敏化处理。
传统用于敏化的染料多为有机染料或有机金属络合物，但这类染料吸收光谱不连续、稳定性较差，大大限制了所制备的太阳能电池的光电性能。以发光半导体纳米晶，即一般所说的量子点，作为光敏化剂，则克服了上述缺点。与一般染料吸收1个光子最多只能产生1个电子不同，量子点能够由1个太阳光子产生3个电子，理论上可以将65％以上的太阳能转换为电能，几乎是现有太阳能电池效率的两倍。
目前量子点敏化二氧化钛光电极的方法主要有两种：1.把宽禁带半导体薄膜浸入量子点溶胶中，通过吸附作用使量子点附着在薄膜上；2.交替把宽禁带半导体薄膜浸入两种盐溶液中，在薄膜表面生成量子点。第一种制备方法中量子点是通过吸附作用结合的，电池的稳定性较差，第二种制备方法中量子点的大小由盐溶液的浓度来调节，生成的量子点结晶性较差，光电转化效率较低。鉴于此，提供一种量子点与半导体薄膜电极结合紧密、光电转换效率高的染料敏化太阳能电池成为必要。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够提高染料敏化太阳能电池的光电转化性能的量子点敏化太阳能电池电极。
本发明的另一目的在于提供一种制备量子点敏化太阳能电池电极及其制备方法。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
1)制备CdSe量子点敏化的二氧化钛纳米晶
硒前驱体的制备：按1∶0.8～1∶2的体积比将十八烯和磷酸三丁酯混合均匀得到混合溶液，然后按硒粉与混合溶液为0.8mmol∶1ml～1.1mmol∶1ml的比例将硒粉加入到混合液中制成硒前驱体；
镉前驱体的制备：按1∶20～1∶4的体积比将油酸和十八烯混合均匀得到混合溶液，然后按氧化镉粉与混合溶液为1mmol∶10ml～1mmol∶30ml的比例将氧化镉加入到混合溶液中在氮气保护下加热至完全溶解制成镉前驱体；
按1g∶5ml～1g∶10ml比例将纳米二氧化钛粉体分散在十八烯中制成二氧化钛的十八烯溶液，于室温按1∶1～1∶2的体积比将二氧化钛的十八烯溶液加入到镉前驱体中并加热到200-310℃得到混合液，再按硒与镉为3∶2～6∶1的摩尔比将硒前驱体加入到混合液中，反应1-600秒后冷却至室温，即可得到CdSe量子点敏化的二氧化钛纳米晶，洗涤干燥后制成粉体待用；
2)制备CdSe量子点敏化的二氧化钛纳米晶薄膜
将上述制备的CdSe量子点敏化的二氧化钛粉体、非离子型表面活性剂和水按4∶1∶6的质量比混合研磨制成浆料，将此浆料均匀涂布在透明导电基片上形成薄膜，在200-600℃下烧结15分钟至12小时，即可得到CdSe量子点敏化的二氧化钛纳米晶薄膜。
本发明的非离子型表面活性剂为乙酰丙酮或聚乙二醇。
按照本发明的制备方法得到的量子点敏化太阳能电池电极，包括一透明导电基片以及生长在该透明导电基片上的带有发光量子点的纳米晶膜。
采用本发明的制备方法得到的CdSe量子点敏化的二氧化钛纳米晶，由于量子点是在二氧化钛表面直接原位合成的，因此量子点与二氧化钛粒子结合紧密，有利于提高电池的稳定性以及光电转化效率，而且在油性体系下生成的量子点，具有很高的结晶度和发光效率，有利于进一步提高太阳能电池效率。
附图说明
图1是采用本发明电极的太阳能电池装置图。
具体实施方式
实施例1，1)制备CdSe量子点敏化的二氧化钛纳米晶
硒前驱体的制备：按1∶1.5的体积比将十八烯和磷酸三丁酯混合均匀得到混合溶液，然后按硒粉与混合溶液为0.8mmol∶1ml的比例将硒粉加入到混合液中制成硒前驱体；
镉前驱体的制备：按1∶4的体积比将油酸和十八烯混合均匀得到混合溶液，然后按氧化镉粉与混合溶液为1mmol∶10ml的比例将氧化镉加入到混合溶液中在氮气保护下加热至完全溶解制成镉前驱体；
按1g∶5ml比例将纳米二氧化钛粉体分散在十八烯中制成二氧化钛的十八烯溶液，于室温按1∶2的体积比将二氧化钛的十八烯溶液加入到镉前驱体中并加热到200℃得到混合液，再按硒与镉为1.5∶1的摩尔比将硒前驱体加入到混合液中，反应1-600秒后冷却至室温，即可得到CdSe量子点敏化的二氧化钛纳米晶，洗涤干燥后制成粉体待用；
2)制备CdSe量子点敏化的二氧化钛纳米晶薄膜
将上述制备的CdSe量子点敏化的二氧化钛粉体、非离子型表面活性剂乙酰丙酮和水按4∶1∶6的质量比混合研磨制成浆料，将此浆料均匀涂布在透明导电基片上形成薄膜，在600℃下烧结15分钟至12小时，即可得到CdSe量子点敏化的二氧化钛纳米晶薄膜。
实施例2，1)制备CdSe量子点敏化的二氧化钛纳米晶
硒前驱体的制备：按1∶1.0的体积比将十八烯和磷酸三丁酯混合均匀得到混合溶液，然后按硒粉与混合溶液为1.0mmol∶1ml的比例将硒粉加入到混合液中制成硒前驱体；
镉前驱体的制备：按1∶12的体积比将油酸和十八烯混合均匀得到混合溶液，然后按氧化镉粉与混合溶液为1mmol∶17ml的比例将氧化镉加入到混合溶液中在氮气保护下加热至完全溶解制成镉前驱体；
按1g∶8ml比例将纳米二氧化钛粉体分散在十八烯中制成二氧化钛的十八烯溶液，于室温按1∶1.5的体积比将二氧化钛的十八烯溶液加入到镉前驱体中并加热到260℃得到混合液，再按硒与镉为3∶1的摩尔比将硒前驱体加入到混合液中，反应1-600秒后冷却至室温，即可得到CdSe量子点敏化的二氧化钛纳米晶，洗涤干燥后制成粉体待用；
2)制备CdSe量子点敏化的二氧化钛纳米晶薄膜
将上述制备的CdSe量子点敏化的二氧化钛粉体、非离子型表面活性剂聚乙二醇和水按4∶1∶6的质量比混合研磨制成浆料，将此浆料均匀涂布在透明导电基片上形成薄膜，在300℃下烧结15分钟至12小时，即可得到CdSe量子点敏化的二氧化钛纳米晶薄膜。
实施例3，1)制备CdSe量子点敏化的二氧化钛纳米晶
硒前驱体的制备：按1∶0.8的体积比将十八烯和磷酸三丁酯混合均匀得到混合溶液，然后按硒粉与混合溶液为0.9mmol∶1ml的比例将硒粉加入到混合液中制成硒前驱体；
镉前驱体的制备：按1∶15的体积比将油酸和十八烯混合均匀得到混合溶液，然后按氧化镉粉与混合溶液为1mmol∶24ml的比例将氧化镉加入到混合溶液中在氮气保护下加热至完全溶解制成镉前驱体；
按1g∶10ml比例将纳米二氧化钛粉体分散在十八烯中制成二氧化钛的十八烯溶液，于室温按1∶1的体积比将二氧化钛的十八烯溶液加入到镉前驱体中并加热到290℃得到混合液，再按硒与镉为4.5∶1的摩尔比将硒前驱体加入到混合液中，反应1-600秒后冷却至室温，即可得到CdSe量子点敏化的二氧化钛纳米晶，洗涤干燥后制成粉体待用；
2)制备CdSe量子点敏化的二氧化钛纳米晶薄膜
将上述制备的CdSe量子点敏化的二氧化钛粉体、非离子型表面活性剂乙酰丙酮和水按4∶1∶6的质量比混合研磨制成浆料，将此浆料均匀涂布在透明导电基片上形成薄膜，在500℃下烧结15分钟至12小时，即可得到CdSe量子点敏化的二氧化钛纳米晶薄膜。
实施例4，1)制备CdSe量子点敏化的二氧化钛纳米晶
硒前驱体的制备：按1∶2的体积比将十八烯和磷酸三丁酯混合均匀得到混合溶液，然后按硒粉与混合溶液为1.1mmol∶1ml的比例将硒粉加入到混合液中制成硒前驱体；
镉前驱体的制备：按1∶20的体积比将油酸和十八烯混合均匀得到混合溶液，然后按氧化镉粉与混合溶液为1mmol∶30ml的比例将氧化镉加入到混合溶液中在氮气保护下加热至完全溶解制成镉前驱体；
按1g∶6ml比例将纳米二氧化钛粉体分散在十八烯中制成二氧化钛的十八烯溶液，于室温按1∶2的体积比将二氧化钛的十八烯溶液加入到镉前驱体中并加热到310℃得到混合液，再按硒与镉为6∶1的摩尔比将硒前驱体加入到混合液中，反应1-600秒后冷却至室温，即可得到CdSe量子点敏化的二氧化钛纳米晶，洗涤干燥后制成粉体待用；
2)制备CdSe量子点敏化的二氧化钛纳米晶薄膜
将上述制备的CdSe量子点敏化的二氧化钛粉体、非离子型表面活性剂聚乙二醇和水按4∶1∶6的质量比混合研磨制成浆料，将此浆料均匀涂布在透明导电基片上形成薄膜，在200℃下烧结15分钟至12小时，即可得到CdSe量子点敏化的二氧化钛纳米晶薄膜。
参见图1，按本发明的制备方法制成的量子点敏化太阳能电池电极：包括一透明导电基片1以及生长在该透明导电基片1上的带有发光量子点的纳米晶膜2，将本发明的电池电极置于碘/碘化锂的电解质液3中，将导电玻璃光阳极4与透明导电基片1相连接即可使用。

Claims (3)

1.量子点敏化太阳能电池电极的制备方法，其特征在于：
1)制备CdSe量子点敏化的二氧化钛纳米晶
硒前驱体的制备：按1∶0.8～1∶2的体积比将十八烯和磷酸三丁酯混合均匀得到混合溶液，然后按硒粉与混合溶液为0.8mmol∶1ml～1.1mmol∶1ml的比例将硒粉加入到混合液中制成硒前驱体；
镉前驱体的制备：按1∶20～1∶4的体积比将油酸和十八烯混合均匀得到混合溶液，然后按氧化镉粉与混合溶液为1mmol∶10ml～1mmol∶30ml的比例将氧化镉加入到混合溶液中在氮气保护下加热至完全溶解制成镉前驱体；
按1g∶5ml～1g∶10ml比例将纳米二氧化钛粉体分散在十八烯中制成二氧化钛的十八烯溶液，于室温按1∶1～1∶2的体积比将二氧化钛的十八烯溶液加入到镉前驱体中并加热到200-310℃得到混合液，再按硒与镉为3∶2～6∶1的摩尔比将硒前驱体加入到混合液中，反应1-600秒后冷却至室温，即可得到CdSe量子点敏化的二氧化钛纳米晶，洗涤干燥后制成粉体待用；
2)制备CdSe量子点敏化的二氧化钛纳米晶薄膜
将上述制备的CdSe量子点敏化的二氧化钛粉体、非离子型表面活性剂和水按4∶1∶6的质量比混合研磨制成浆料，将此浆料均匀涂布在透明导电基片上形成薄膜，在200-600℃下烧结15分钟至12小时，即可得到CdSe量子点敏化的二氧化钛纳米晶薄膜。
2.根据权利要求1所述的量子点敏化太阳能电池电极的制备方法，其特征在于：所说的非离子型表面活性剂为乙酰丙酮或聚乙二醇。
3.根据权利要求1所述的量子点敏化太阳能电池电极的制备方法得到的电极，其特征在于：包括一透明导电基片1以及生长在该透明导电基片1上的带有发光量子点的纳米晶膜2。
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