CN102163502B - 一种提高量子点敏化太阳能电池性能参数的方法 - Google Patents

一种提高量子点敏化太阳能电池性能参数的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种提高量子点敏化太阳能电池性能参数的方法，该方法是将Ca2+掺杂到CdS中作为敏化剂组装成量子点敏化太阳能电池，提高了CdS的导带，从而使得电子能更加有效的注入到TiO2中，同时改善了CdS量子点在电极材料表面的吸附状况，抑制了暗电流的产生，提高了太阳能电池的短路电流和光电转换效率。此处理方法简单，易于操作，成本低。

Description

一种提高量子点敏化太阳能电池性能参数的方法
技术领域
 本发明属于太阳能电池技术领域，更具体涉及一种提高量子点敏化太阳能电池性能参数的方法。
背景技术
 染料敏化太阳能电池DSSC是利用染料来吸收太阳光从而实现太阳光到电能转换的一种清洁能源。染料受太阳光激发后将电子注入到半导体的导带中；电子在半导体中扩散至导电基底，然后流入外电路；处于氧化态的染料分子被还原态的电解质还原再生；氧化态的电解质在对电极接受电子后被还原，从而完成DSSC循环工作。瑞士科学家Michael Gr?tzel研究小组于1991年率先取得DSSC的突破性进展，目前DSSC光电转化效率已达11%，可与传统的非晶硅光伏电池媲美。在DSSC的研究中，除了传统的有机染料，无机半导体量子点也可以作为一种高效的光吸收剂。但是目前利用量子点实现敏化的太阳能电池QDSSC，其总体表现还低于DSSC。为了提高QDSSC的光电转换效率，广泛开展了对QDSSC的改性工作，例如利用聚硫电解质来提高量子点光生空穴的再生速度，利用Au对电极或者Cu2S/C复合对电极来增加聚硫氧化还原电对的反应速率。对TiO2电极材料进行掺杂也是一种常用的有效方法，但是目前通过对量子点进行掺杂来提高QDSSC的光电转换效率的工作还未见报道。
发明内容
 为了解决上述问题，本发明提供了一种提高量子点敏化太阳能电池性能参数的方法。利用Ca2+实现了对CdS量子点的掺杂，提高了CdS的导带，以此较大程度的提高了该太阳能电池的光电转换效率。
本发明是通过如下技术方案实施的：
一种提高量子点敏化太阳能电池性能参数的方法，该方法是将 Ca2+ 掺杂到CdS中作为敏化剂组装成量子点敏化太阳能电池。
所述方法中Ca2+的质量摩尔浓度在1-5%之间。
所述方法的具体步骤为：
1）将P25型二氧化钛0.2-2g和粘结剂研磨，制得浆料，用丝网印刷将其印在导电玻璃上，并于500-550℃焙烧1-4h得到待敏化的电极材料，其电极材料的膜厚度为5-15μm；
2）将待敏化的电极材料交替浸入0.1M-1M Cd(NO3)2的乙醇溶液中和0.1M-1M Na2S的水溶液中，其中Cd(NO3)2的乙醇溶液中含有质量分数为0.2%-8% 的Ca(NO3)2，待Ca2+的质量摩尔浓度在电极材料上的负载量为1-5%之间时，成为敏化后的电极材料；
3）将敏化后的电极材料、Pt对电极和注入的液态电解质溶液组装在一起，形成所述的三明治结构的量子点敏化太阳能电池。
所述步骤1）中的粘结剂为质量浓度为2%-30%的乙酰纤维素的乙醇溶液。
本发明的优点在于：利用Ca2+实现了对CdS量子点的掺杂，提高了CdS的导带，从而使得电子能更加有效的注入到TiO2中，同时改善了CdS量子点在电极材料表面的吸附状况，抑制了暗电流的产生，提高了太阳能电池的短路电流和光电转换效率。此处理方法简单，易于操作，成本低。在100 mW/cm2的光强、AM 1.5条件下，在FTO导电基片上该太阳能电池的光电转换效率为0.91%，比未用Ca2+掺杂的CdS量子点敏化的太阳能电池性能高出了32%。通过优化沉积的Ca2+掺杂的CdS量子点数量，可使QDSSC的光电转换效率达到1.2%。
附图说明
   图1掺杂和未掺杂Ca2+的CdS量子点敏化的太阳能电池的性能参数；
   图2优化沉积次数得到的1% Ca2+掺杂的CdS敏化的太阳能电池的性能参数。
具体实施方式
一种提高量子点敏化太阳能电池性能参数的方法，该方法是将 Ca2+ 掺杂到CdS中作为敏化剂组装成量子点敏化太阳能电池。
所述方法中Ca2+的质量摩尔浓度在1-5%之间。
所述方法的具体步骤为：
1）将P25型二氧化钛0.2-2g和粘结剂研磨，制得浆料，用丝网印刷将其印在导电玻璃上，并于500-550℃焙烧1-4h得到待敏化的电极材料，其电极材料的膜厚度为5-15μm；
2）将待敏化的电极材料交替浸入0.1M-1M Cd(NO3)2的乙醇溶液中和0.1M-1M Na2S的水溶液中，其中Cd(NO3)2的乙醇溶液中含有质量分数为0.2%-8% 的Ca(NO3)2，待Ca2+的质量摩尔浓度在电极材料上的负载量为1-5%之间时，成为敏化后的电极材料；
3）将敏化后的电极材料、Pt对电极和注入的液态电解质溶液组装在一起，形成所述的三明治结构的量子点敏化太阳能电池。
所述步骤1）中的粘结剂为质量浓度为2%-30%的乙酰纤维素的乙醇溶液。
实施例1
一种提高量子点敏化太阳能电池性能参数的方法的具体步骤为：
1）将P25型二氧化钛0.2g和粘结剂研磨，制得浆料，用丝网印刷将其印在导电玻璃上，并于500℃焙烧4h得到待敏化的电极材料，其电极材料的膜厚度为5μm；
2）将待敏化的电极材料交替浸入0.1M Cd(NO3)2的乙醇溶液中和0.1M Na2S的水溶液中，其中Cd(NO3)2的乙醇溶液中含有质量分数为0.2% 的Ca(NO3)2，待Ca2+的质量摩尔浓度在电极材料上的负载量为1%之间时，成为敏化后的电极材料；
3）将敏化后的电极材料、Pt对电极和注入的液态电解质溶液组装在一起，形成所述的三明治结构的量子点敏化太阳能电池。
所述步骤1）中的粘结剂为质量浓度为2%-30%的乙酰纤维素的乙醇溶液。
实施例2
一种提高量子点敏化太阳能电池性能参数的方法的具体步骤为：
1）将P25型二氧化钛2g和粘结剂研磨，制得浆料，用丝网印刷将其印在导电玻璃上，并于550℃焙烧1h得到待敏化的电极材料，其电极材料的膜厚度为15μm；
2）将待敏化的电极材料交替浸入1M Cd(NO3)2的乙醇溶液中和1M Na2S的水溶液中，其中Cd(NO3)2的乙醇溶液中含有质量分数为8% 的Ca(NO3)2，待Ca2+的质量摩尔浓度在电极材料上的负载量为5%之间时，成为敏化后的电极材料；
3）将敏化后的电极材料、Pt对电极和注入的液态电解质溶液组装在一起，形成所述的三明治结构的量子点敏化太阳能电池。
所述步骤1）中的粘结剂为质量浓度为30%的乙酰纤维素的乙醇溶液。
实施例3 
一种提高量子点敏化太阳能电池性能参数的方法的具体步骤为：
1）将P25型二氧化钛1g和粘结剂研磨，制得浆料，用丝网印刷将其印在导电玻璃上，并于520℃焙烧3h得到待敏化的电极材料，其电极材料的膜厚度为10μm；
2）将待敏化的电极材料交替浸入0.5M Cd(NO3)2的乙醇溶液中和0.5M Na2S的水溶液中，其中Cd(NO3)2的乙醇溶液中含有质量分数为5% 的Ca(NO3)2，待Ca2+的质量摩尔浓度在电极材料上的负载量为3%之间时，成为敏化后的电极材料；
3）将敏化后的电极材料、Pt对电极和注入的液态电解质溶液组装在一起，形成所述的三明治结构的量子点敏化太阳能电池。
所述步骤1）中的粘结剂为质量浓度为14%的乙酰纤维素的乙醇溶液。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (2)

1.一种提高量子点敏化太阳能电池性能参数的方法，其特征在于：所述方法是将 Ca2+ 掺杂到CdS中作为敏化剂组装成量子点敏化太阳能电池；
所述方法中Ca2+的摩尔浓度在1-5%之间；
所述方法的具体步骤为：
1）将P25型二氧化钛0.2-2g和粘结剂研磨，制得浆料，用丝网印刷将其印在导电玻璃上，并于500-550℃焙烧1-4h得到待敏化的电极材料，其电极材料的膜厚度为5-15μm；
2）将待敏化的电极材料交替浸入0.1M-1M Cd(NO3)2的乙醇溶液中和0.1M-1M Na2S的水溶液中，其中Cd(NO3)2的乙醇溶液中含有质量分数为0.2%-8%的Ca(NO3)2，待Ca2+的摩尔浓度在电极材料上的负载量为1-5%之间时，成为敏化后的电极材料；
3）将敏化后的电极材料、Pt对电极和注入的液态电解质溶液组装在一起，形成三明治结构的量子点敏化太阳能电池。
2.根据权利要求1所述的提高量子点敏化太阳能电池性能参数的方法，其特征在于：所述步骤1）中的粘结剂为质量浓度为2%-30%的乙酰纤维素的乙醇溶液。
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