CN102930995A - 一种量子点修饰有机无机杂化太阳能电池及其制备方法 - Google Patents

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梁坤
章天金
徐进明
汪竞阳
王多发
夏汉明
王晓晶
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本发明属于新能源技术领域，提供一种量子点修饰有机无机杂化太阳能电池及其制备方法。该量子点修饰有机无机杂化太阳能电池采用导电玻璃/FTO(掺氟的SnO2)基片作为光阳极，金电极作为光阴极，所述电池在导电玻璃/FTO基片上制备有TiO2纳米棒阵列，TiO2纳米棒阵列上生成有CdSe量子点，在CdSe/TiO2纳米棒阵列上沉积有有机聚合物P3HT，在P3HT层上沉积金电极。使用本发明太阳能电池光电转换效率有显著提高。

Description

一种量子点修饰有机无机杂化太阳能电池及其制备方法
技术领域
本发明属于新能源技术领域，具体涉及一种量子点修饰有机无机杂化太阳能电池及其制备方法。
背景技术
有机无机杂化太阳能电池由有机物电子给体、无机电子受体的共混体系组成，既具有有机电池的优点，又具有无机半导体的很多优良性能，同时又解决了有机电池内部激子分离困难问题，具有良好的发展前景，因此成为研究的热点。然而有机无机杂化太阳能电池存在光电转换效率较低的问题，从而阻碍了其应用，为提高有机无机杂化太阳能电池的光电转换效率，可用量子点对其进行界面修饰。量子点是三维尺寸都足够小的纳米材料，电子的运动在三维上都是量子化的。量子点作为敏化剂具有量子限域效应，可通过调控其粒径来改变能带宽度，拓宽对太阳光谱的吸收范围；充分利用量子点的热电子以及单光子激发多光子发射（多激子产生）的性能，能够显著提高电池的转换效率。同时量子点具有非常好的光学稳定性，半导体量子点或薄膜的生产比块体便宜，它们的合成温度更低，并且可以采用液相法制备。因此，半导体量子点是发展敏化太阳能电池的优秀材料。
发明内容
本发明就是针对现有技术中的不足之处，而提供一种量子点修饰有机无机杂化太阳能电池及其制备方法，该太阳能电池光电转换效率有显著提高。
本发明的目的是通过如下技术措施来实现的。
一种量子点修饰有机无机杂化太阳能电池，采用导电玻璃/FTO (掺氟的SnO2)基片作为光阳极，金电极作为光阴极，所述电池在导电玻璃/FTO基片上制备有TiO2纳米棒阵列，TiO2纳米棒阵列上生成有CdSe量子点，在CdSe/TiO2纳米棒阵列上沉积有有机聚合物P3HT，在P3HT层上沉积金电极。
本发明还提供了一种上述量子点修饰有机无机杂化太阳能电池的制备方法，该方法包括以下步骤：
（1）在导电玻璃/FTO基片上制备TiO2纳米棒阵列；
（2）分别制备0.6Mol/L的Cd(NO3)2乙醇溶液和Na2Se乙醇溶液，采用连续离子吸附法将经过步骤（1）处理后的基片分别在Cd(NO3)2乙醇溶液和Na2Se乙醇溶液中先后浸泡一分钟，重复10次，生成CdSe量子点，即获得CdSe/TiO2纳米棒阵列，然后使用乙醇进行清洗；
（3）通过旋涂方式将有机聚合物P3HT (聚-3己基噻吩)沉积到CdSe/TiO2纳米棒阵列上，获得P3HT层；
（4）通过磁控溅射在P3HT层沉积金电极作为光阴极。
在上述技术方案中，所述导电玻璃/FTO基片为将FTO通过磁控溅射沉积到导电玻璃上获得。
在上述技术方案中，步骤（1）中在导电玻璃/FTO基片上制备TiO2纳米棒阵列的方法为水热法，其具体步骤为：将25ml去离子水和25ml浓度为36.5~38%的浓盐酸混合搅拌10分钟，加入0.6ml的钛酸四丁酯继续搅拌10分钟，再将混合物放入容量为100ml的有聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，放入导电玻璃/FTO基片，将反应釜放入电热箱中，升温至180°C保温6小时，合成完成后使用去离子水和乙醇对经上述处理后的基片进行冲洗。
在上述技术方案中，步骤（2）中所述Na2Se乙醇溶液通过使用0.12 Mol/L NaBH4 乙醇溶液和0.06 Mol/L SeO2乙醇溶液原位合成获得。
在上述技术方案中，步骤（2）中所述Cd(NO3)2乙醇溶液通过将Cd(NO3)2颗粒溶于乙醇中获得。
在上述技术方案中，步骤（3）中所述P3HT层的制备方法是使用15mg/ml的P3HT 的1,2,4-三氯苯溶液在CdSe /TiO2纳米棒阵列上以1000转/分钟进行旋涂，然后以150°C退火30分钟。
在上述技术方案中，所述Na2Se乙醇溶液的制备，CdSe量子点和P3HT层的制备都在密封充氮气的手套箱中进行。
本发明通过CdSe量子点敏化对P3HT/TiO2界面修饰，可提高有机无机杂化太阳能电池的光电转换效率。
附图说明
图1是本发明CdSe量子点修饰有机无机杂化太阳能电池的结构示意图。
图2是普通P3HT/TiO2有机无机杂化太阳能电池和P3HT/CdSe/TiO2量子点修饰有机无机杂化太阳能电池的外部量子效率图谱。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步的描述。
如图1所示，本实施例提供一种量子点修饰有机无机杂化太阳能电池，采用导电玻璃/FTO基片作为光阳极，金电极作为光阴极，所述电池在导电玻璃/FTO基片上制备有TiO2纳米棒阵列，TiO2纳米棒阵列上生成有CdSe量子点，在CdSe/TiO2纳米棒阵列上沉积有有机聚合物P3HT，在P3HT层上沉积金电极。
本实施例还提供一种上述量子点修饰有机无机杂化太阳能电池的制备方法，该方法包括以下步骤：
（1）在导电玻璃/FTO基片上采用水热法制备TiO2纳米棒阵列；具体步骤为：将25ml去离子水和25ml浓度36.5~38%的浓盐酸混合搅拌10分钟，加入0.6ml的钛酸四丁酯继续搅拌10分钟，再将混合物放入容量为100ml的有聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，放入导电玻璃/FTO基片，将反应釜放入电热箱中，升温至180°C保温6小时。合成完成后使用去离子水和乙醇对经上述处理后的基片进行冲洗。
（2）分别制备0.6Mol/L的Cd(NO3)2乙醇溶液和Na2Se乙醇溶液，采用连续离子吸附法将经过步骤（1）处理后的基片分别在Cd(NO3)2乙醇溶液和Na2Se乙醇溶液中先后浸泡一分钟，重复10次，生成CdSe量子点，即获得CdSe/TiO2纳米棒阵列，然后使用乙醇进行清洗；其中，Cd(NO3)2乙醇溶液通过将Cd(NO3)2颗粒溶于乙醇中获得，Na2Se乙醇溶液通过使用0.12 Mol/L NaBH4 乙醇溶液和0.06 Mol/L SeO2乙醇溶液原位合成获得。
（3）使用15mg/ml的P3HT 的1,2,4-三氯苯溶液在CdSe /TiO2纳米棒阵列上以1000转/分钟进行旋涂，然后以150°C退火30分钟，将有机聚合物P3HT沉积到CdSe/TiO2纳米棒阵列上，获得P3HT层；
（4）通过磁控溅射在P3HT层沉积金电极作为光阴极。
上述Na2Se乙醇溶液的制备，CdSe量子点和P3HT层的制备都在密封充氮气的手套箱中进行。
如图2所示，为普通P3HT/TiO2有机无机杂化太阳能电池和P3HT/CdSe/TiO2量子点修饰有机无机杂化太阳能电池的外部量子效率图谱。从图中可以看出，P3HT/CdSe/TiO2量子点修饰有机无机杂化太阳能电池在400~650nm波长范围具有更高的外部量子效率，说明CdSe量子点修饰可产生额外的光吸收，从而提供额外的光电流，导致电池效率有所提高。
下表为有机无机杂化太阳能电池和CdSe量子点修饰有机无机杂化太阳能电池基本光伏参数比较表。表中参数说明在经CdSe量子点修饰后，电池的电流密度、开路电压、转换效率都有显著提高。
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Claims (8)

1.一种量子点修饰有机无机杂化太阳能电池，其特征在于：该太阳能电池采用导电玻璃/FTO基片作为光阳极，金电极作为光阴极，在导电玻璃/FTO基片上制备有TiO2纳米棒阵列，所述TiO2纳米棒阵列上生成有CdSe量子点，在CdSe/TiO2纳米棒阵列上沉积有有机聚合物P3HT，在P3HT层上沉积金电极。
2.一种如权利要求1所述的量子点修饰有机无机杂化太阳能电池的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
（1）在导电玻璃/FTO基片上制备TiO2纳米棒阵列；
（2）分别制备0.6Mol/L的Cd(NO3)2乙醇溶液和Na2Se乙醇溶液，采用连续离子吸附法将经过步骤（1）处理后的基片分别在Cd(NO3)2乙醇溶液和Na2Se乙醇溶液中先后浸泡，生成CdSe量子点，即获得CdSe/TiO2纳米棒阵列，然后使用乙醇进行清洗；
（3）通过旋涂方式将有机聚合物P3HT沉积到CdSe/TiO2纳米棒阵列上，获得P3HT层；
（4）通过磁控溅射在P3HT层沉积金电极作为光阴极。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：步骤（1）中所述导电玻璃/FTO基片为将FTO通过磁控溅射沉积到导电玻璃上获得。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：步骤（1）中在导电玻璃/FTO基片上制备TiO2纳米棒阵列的方法为水热法，其具体步骤为将25ml去离子水和25ml浓度为36.5~38%的浓盐酸混合搅拌10分钟，加入0.6ml的钛酸四丁酯继续搅拌10分钟，再将混合物放入容量为100ml的有聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，放入导电玻璃/FTO基片，将反应釜放入电热箱中，升温至180°C保温6小时，合成完成后使用去离子水和乙醇对经上述处理后的基片进行冲洗。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：步骤（2）中所述Na2Se乙醇溶液通过使用0.12 Mol/L NaBH4 乙醇溶液和0.06 Mol/L SeO2乙醇溶液原位合成获得。
6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：步骤（2）中所述Cd(NO3)2乙醇溶液通过将Cd(NO3)2颗粒溶于乙醇中获得。
7.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：步骤（3）中所述P3HT层的制备方法是使用15mg/ml的P3HT 的1,2,4-三氯苯溶液在CdSe /TiO2纳米棒阵列上以1000转/分钟进行旋涂，然后以150°C退火30分钟。
8.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述Na2Se乙醇溶液的制备，CdSe量子点和P3HT层的制备都在密封充氮气的手套箱中进行。
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