CN105225841A - 一种染料敏化太阳能电池NiO光阴极的制备方法 - Google Patents

一种染料敏化太阳能电池NiO光阴极的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN105225841A
CN105225841A CN201510647275.9A CN201510647275A CN105225841A CN 105225841 A CN105225841 A CN 105225841A CN 201510647275 A CN201510647275 A CN 201510647275A CN 105225841 A CN105225841 A CN 105225841A
Authority
CN
China
Prior art keywords
nio
photocathode
dssc
quantum dot
preparation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201510647275.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105225841B (zh
Inventor
李胜军
陈增
孔文平
李永军
张伟风
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Henan University
Original Assignee
Henan University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Henan University filed Critical Henan University
Priority to CN201510647275.9A priority Critical patent/CN105225841B/zh
Publication of CN105225841A publication Critical patent/CN105225841A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105225841B publication Critical patent/CN105225841B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/542—Dye sensitized solar cells

Landscapes

  • Hybrid Cells (AREA)

Abstract

本发明公开了一种染料敏化太阳能电池NiO光阴极的制备方法，其在NiO水溶胶中添加乙基纤维素或羧甲基纤维素等有机物，利用刮涂、丝网印刷技术制备厚度300nm－1.6μm的NiO纳米晶多孔薄膜，然后利用CdSe1-xSx量子点敏化该NiO薄膜得到染料敏化太阳能电池NiO光阴极。通过调控Se、S的比例来控制光阴极吸收太阳光的波长范围，从而制备不同光吸收波段的光阴极。制备所得光阴极经优化后，光电转换效率可达1.02%。

Description

一种染料敏化太阳能电池NiO光阴极的制备方法
技术领域
本发明属于染料敏化太阳能电池光电极制备技术领域，具体涉及一种染料敏化太阳能电池NiO光阴极的制备方法。
背景技术
自2000年Lindquist等人提出p-n型叠层电池，p-型电池的研究即成为热点。2008年HagfeldtandSun等人第一次提出p-型染料敏化电池，染料作为敏化剂成功敏化氧化镍作为光阴极。2010年该课题组提出氧化镍作为光阴极材料，有机物作为敏化剂，制备的染料敏化太阳能电池的短路光电流为5.48mA·cm-2。与此同时，BauerleandBach等人采用PMI-6T-TAPdye制备的短路电池光电流为7.0mA·cm-2。目前所知，ChengYibing课题组采用CH3NH3PbI3/NiO作为光阴极，短路电池光电流达到了9.47mA·cm-2。虽然该类型染料敏化太阳能电池的短路光电流已经有大幅度的提高，但是成效并不是非常明显，并且有机染料造价高、污染严重。
发明内容
本发明目的在于克服现有技术缺陷，提供一种染料敏化太阳能电池NiO光阴极的制备方法。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种染料敏化太阳能电池NiO光阴极的制备方法，其包括如下步骤：
1）在NiO水溶胶中添加乙基纤维素或羧甲基纤维素，混匀后刮涂或丝网印刷在透明导电玻璃衬底上，自然晾干，然后于350－500℃下煅烧30－60min（用以除去残留的有机物）获得厚度300nm－1.6μm的NiO纳米晶多孔薄膜；其中以NiO计，乙基纤维素或羧甲基纤维素的添加量为NiO重量的3－40%；
2）将分散在甲苯中的CdSe1-xSx量子点电沉积在NiO纳米晶多孔薄膜上（沉积电压为50V）即得，其中0＜x＜1。
具体的，步骤2）所述CdSe1-xSx量子点采用热注入法制备获得，具体为：将0.386mmol氧化镉加入到1.63mmol油酸与10ml十八烯的混合物中获得体系一，于80℃通入惰性气体1h以去除空气，然后加热（约需180－300℃）至体系一变澄清；将硒粉、硫粉的油胺溶液混合后，注入到变澄清的体系一中反应30－180s，加入正丁醇使量子点沉淀，洗涤沉淀即得。
本发明的理论依据为：在NiO水溶胶（可采用本领域常规技术制备获得）中添加乙基纤维素或羧甲基纤维素等有机高分子添加剂，增加其成膜性能，以制备无裂纹的NiO纳米晶多孔薄膜。通过控制Se元素在Se+S中的比例，调控CdSe1-xSx量子点的吸光范围和能级结构，以提高NiO光阴极的光吸收效率及光生电子的收集效率，从而制备出高效的染料敏化太阳能电池NiO光阴极。
和现有技术相比，本发明的有益效果：
本发明利用CdSe1-xSx量子点敏化NiO纳米晶多孔薄膜，制备获得高效的染料敏化太阳能电池NiO光阴极，其具有较高的短路光电流，可以实现与染料敏化太阳能电池光阳极的匹配，满足制备高效p-n型叠层电池的需求。此外，通过调控Se、S的比例来控制光阴极吸收太阳光的波长范围，从而制备不同光吸收波段的光阴极。制备所得光阴极经优化后，光电转换效率为1.02%。
附图说明
图1为采用未添加乙基纤维素的NiO水溶胶制备的NiO薄膜SEM图；
图2为采用添加乙基纤维素的NiO水溶胶制备的NiO薄膜SEM图，图中（a）为表面；（b）为横截面；
图3为不同Se与Se+S比例的量子点溶液的吸收光谱图。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明的技术方案作进一步地详细介绍，但本发明的保护范围并不局限于此。
下述实施例中，NiO水溶胶的制备以氯化镍为原料，具体可参照文献（SynthesesofNiOnanoporousfilmsusingnonionictriblockco-polymertemplatesandtheirapplicationtophoto-cathodesofp-typedye-sensitizedsolarcells，SeiichiSumikura,ShogoMori,ShinyaShimizu,HisanaoUsami,EijiSuzuki，JournalofPhotochemistryandPhotobiologyA:Chemistry,2008,199:1-7）进行。
实施例1
NiO纳米晶多孔薄膜的制备：将NiO水溶胶刮涂在透明导电玻璃衬底上，自然晾干，然后于400℃下煅烧30min获得厚度约为400nm的NiO纳米晶多孔薄膜，其SEM照片见图1。由图1可以看出：所制备的NiO薄膜由NiO纳米颗粒组成，但薄膜中存在大量裂纹，甚至导致NiO薄膜从导电玻璃衬底上脱落。
实施例2
NiO纳米晶多孔薄膜的制备：在NiO水溶胶中添加乙基纤维素，混匀后刮涂在透明导电玻璃衬底上，自然晾干，然后于400℃下煅烧30min获得厚度约为1μm的NiO纳米晶多孔薄膜；其中以NiO计，乙基纤维素的添加量为NiO重量的30%；其SEM照片见图2。由图2可以看出：添加有机高分子添加剂乙基纤维素后，制备的NiO薄膜颗粒大小均一，薄膜平整无裂纹，NiO薄膜与导电玻璃衬底结合牢固。
将实施例2所得NiO纳米晶多孔薄膜用于下述实施例3至7所述染料敏化太阳能电池NiO光阴极的制备。下述实施例3至7中的CdSe1-xSx量子点经下述方法获得：将0.386mmol氧化镉加入到1.63mmol油酸与10ml十八烯的混合物中获得体系一，于80℃通入惰性气体1h以去除空气，然后加热300℃至体系一变澄清；将适量硒粉的油胺溶液与硫粉的油胺溶液混合后，注入到变澄清的体系一中反应60s，加入正丁醇使量子点沉淀，洗涤沉淀即得。CdSe量子点、CdS量子点可参照制备。
实施例3
将分散在甲苯中的CdSe量子点电沉积在NiO纳米晶多孔薄膜上（沉积电压为50V）获得染料敏化太阳能电池NiO光阴极。
利用0.99876g硫酸铜与0.15224g硫脲分别溶解在40ml去离子水中，采用热反应法在100℃下加热8h制备的硫化铜电极作为对电极；由0.8g硫、6g一水合硫化钠、0.1g氢氧化钠溶解于25ml水中制备的水溶液作为电解质，在100mW/cm2模拟太阳光光强下，进行光电测量。
实施例4
将分散在甲苯中的CdSe1-xSx量子点电沉积在NiO纳米晶多孔薄膜上（沉积电压为50V），获得染料敏化太阳能电池NiO光阴极，其中Cd:Se:(Se+S)为3.5:1:3.5。
利用0.99876g硫酸铜与0.15224g硫脲分别溶解在40ml去离子水中，采用热反应法在100℃下加热8h制备的硫化铜电极作为对电极；由0.8g硫、6g一水合硫化钠、0.1g氢氧化钠溶解于25ml水中制备的水溶液作为电解质，在100mW/cm2模拟太阳光光强下，进行光电测量。
实施例5
将分散在甲苯中的CdSe1-xSx量子点电沉积在NiO纳米晶多孔薄膜上（沉积电压为50V），获得染料敏化太阳能电池NiO光阴极，其中Cd:Se:(Se+S)为6:1:6。
利用0.99876g硫酸铜与0.15224g硫脲分别溶解在40ml去离子水中，采用热反应法在100℃下加热8h制备的硫化铜电极作为对电极；由0.8g硫、6g一水合硫化钠、0.1g氢氧化钠溶解于25ml水中制备的水溶液作为电解质，在100mW/cm2模拟太阳光光强下，进行光电测量。
实施例6
将分散在甲苯中的CdSe1-xSx量子点电沉积在NiO纳米晶多孔薄膜上（沉积电压为50V），获得染料敏化太阳能电池NiO光阴极，其中Cd:Se:(Se+S)为26:1:26。
利用0.99876g硫酸铜与0.15224g硫脲分别溶解在40ml去离子水中，采用热反应法在100℃下加热8h制备的硫化铜电极作为对电极；由0.8g硫、6g一水合硫化钠、0.1g氢氧化钠溶解于25ml水中制备的水溶液作为电解质，在100mW/cm2模拟太阳光光强下，进行光电测量。
实施例7
将分散在甲苯中的CdS量子点电沉积在NiO纳米晶多孔薄膜上（沉积电压为50V）获得染料敏化太阳能电池NiO光阴极。
利用0.99876g硫酸铜与0.15224g硫脲分别溶解在40ml去离子水中，采用热反应法在100℃下加热8h制备的硫化铜电极作为对电极；由0.8g硫、6g一水合硫化钠、0.1g氢氧化钠溶解于25ml水中制备的水溶液作为电解质，在100mW/cm2模拟太阳光（采用NewportOriel公司的AAA级太阳光模拟器生成）光强下，进行光电测量，有效光照面积为0.25cm2。
上述实施例3至7所得染料敏化太阳能电池NiO光阴极的光电测试结果见下表和图3。由下表可以看出：CdSe1-xSx量子点的成分对NiO光阴极的性能有很大的影响，当x为0或1时，光阴极的开路光电压和短路光电流均较小，光电转换效率较低；当0＜x＜1时，光阴极的开路光电压和短路光电流显著增大，光电转换效率较高，最高可达1.02%。由图3可以看出：随着CdSe1-xSx量子点Se与Se+S的比例变化，量子点的光吸收范围发生了明显的变化，因此可通过调控Se、S的比例来控制光阴极吸收太阳光的波长范围，从而制备不同光吸收波段的光阴极。

Claims (2)

1.一种染料敏化太阳能电池NiO光阴极的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1）在NiO水溶胶中添加乙基纤维素或羧甲基纤维素，混匀后刮涂或丝网印刷在透明导电玻璃衬底上，自然晾干，然后于350－500℃下煅烧30－60min获得厚度300nm－1.6μm的NiO纳米晶多孔薄膜；以NiO计，乙基纤维素或羧甲基纤维素的添加量为NiO重量的3－40%；
2）将分散在甲苯中的CdSe1-xSx量子点电沉积在NiO纳米晶多孔薄膜上即得，其中0＜x＜1。
2.如权利要求1所述染料敏化太阳能电池NiO光阴极的制备方法，其特征在于，步骤2）中所述CdSe1-xSx量子点采用热注入法制备获得，具体为：将0.386mmol氧化镉加入到1.63mmol油酸与10ml十八烯的混合物中获得体系一，于80℃通入惰性气体1h以去除空气，然后加热至体系一变澄清；将硒粉、硫粉的油胺溶液混合后，注入到变澄清的体系一中反应30－180s，加入正丁醇使量子点沉淀，洗涤沉淀即得。
CN201510647275.9A 2015-10-09 2015-10-09 一种染料敏化太阳能电池NiO光阴极的制备方法 Active CN105225841B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510647275.9A CN105225841B (zh) 2015-10-09 2015-10-09 一种染料敏化太阳能电池NiO光阴极的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510647275.9A CN105225841B (zh) 2015-10-09 2015-10-09 一种染料敏化太阳能电池NiO光阴极的制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105225841A true CN105225841A (zh) 2016-01-06
CN105225841B CN105225841B (zh) 2017-07-28

Family

ID=54994732

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510647275.9A Active CN105225841B (zh) 2015-10-09 2015-10-09 一种染料敏化太阳能电池NiO光阴极的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105225841B (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106158389A (zh) * 2016-07-16 2016-11-23 石河子大学 硫硒化镉和硫硒化锌修饰的二氧化钛薄膜结构及制备方法
CN107026021A (zh) * 2017-04-18 2017-08-08 中南大学 一种p‑n型叠层染料量子点敏化太阳能电池的制备方法
CN108716006A (zh) * 2018-05-21 2018-10-30 江南大学 一种硒化镉敏化的四氧化三钴光电阴极的制备方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102522212A (zh) * 2011-12-01 2012-06-27 河南大学 一种染料敏化太阳能电池对电极、制备方法及二硫化钨和二硫化钼的应用
US20140261645A1 (en) * 2013-03-15 2014-09-18 Research Triangle Institute Semiconductor-conductor composite particle structures for solar energy conversion
CN104498991A (zh) * 2014-12-25 2015-04-08 江南大学 一种NiO/CdSe/MoS2层状复合型光电阴极及其制备方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102522212A (zh) * 2011-12-01 2012-06-27 河南大学 一种染料敏化太阳能电池对电极、制备方法及二硫化钨和二硫化钼的应用
US20140261645A1 (en) * 2013-03-15 2014-09-18 Research Triangle Institute Semiconductor-conductor composite particle structures for solar energy conversion
CN104498991A (zh) * 2014-12-25 2015-04-08 江南大学 一种NiO/CdSe/MoS2层状复合型光电阴极及其制备方法

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106158389A (zh) * 2016-07-16 2016-11-23 石河子大学 硫硒化镉和硫硒化锌修饰的二氧化钛薄膜结构及制备方法
CN106158389B (zh) * 2016-07-16 2017-12-22 石河子大学 硫硒化镉和硫硒化锌修饰的二氧化钛薄膜结构及制备方法
CN107026021A (zh) * 2017-04-18 2017-08-08 中南大学 一种p‑n型叠层染料量子点敏化太阳能电池的制备方法
CN108716006A (zh) * 2018-05-21 2018-10-30 江南大学 一种硒化镉敏化的四氧化三钴光电阴极的制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN105225841B (zh) 2017-07-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Bisquert Dilemmas of dye-sensitized solar cells
CN108389967B (zh) 太阳能电池的吸光层材料、宽带隙钙钛矿太阳能电池及其制备方法
CN104966763B (zh) 一种提高钙钛矿太阳能电池效率的方法
CN106128772B (zh) 一种硫化铅量子点光伏电池的制备方法
CN105225841B (zh) 一种染料敏化太阳能电池NiO光阴极的制备方法
CN107946466A (zh) 钙钛矿型太阳能电池及其pedot:pss 层的修饰方法
US20140109967A1 (en) Thin film solar cells for windows based on low cost solution process and fabrication method thereof
Alfa et al. Fabrication and Characterisation of Titanium Dioxide Based Dye Sensitized Solar Cell using Flame of the Forest Dye
Srivastava et al. Fabrication of room ambient perovskite solar cell using nickel oxide HTM
CN203573825U (zh) 一种量子点敏化有序TiO2阵列太阳电池
Li et al. Effect of substituents in the imidazolium ring on the performance of solid-State dye-Sensitized solar cells
CN102544133B (zh) 一种基于界面极化子效应的半导体太阳能电池及制备方法
CN108172644B (zh) 一种磷掺杂碲化镉薄膜太阳能电池的制备方法
Chantana et al. Correlation between detailed balance limit and actual environmental factors for perovskite/crystalline Si tandem solar cells with different structures
CN107758734B (zh) 一种分等级结构二氧化钛空心微米球的制备及其在染料敏化太阳能电池中的应用
CN110265222B (zh) 一种高光电转化效率的染料敏化太阳能电池的制备方法
Banne Modern third generation solar photovoltaic technology: dye sensitized solar cell
CN103632849A (zh) 用于太阳电池的铜掺杂/钙掺杂硫化镉共敏化剂制备方法
CN104779053A (zh) 用于太阳能电池的镧掺杂硫化镉/硒化镉敏化剂制备方法
CN104393178A (zh) 无机掺杂有机聚合物材料及其制备方法和应用
CN105304334B (zh) 一种p-染料敏化太阳能电池光阴极材料的制备方法及应用
CN103854870A (zh) 铜铟掺杂硫化镉量子点敏化太阳能电池及其制备方法
CN103489647A (zh) 用于太阳电池的三元镉硫碲量子点敏化剂制备方法
Choudhary Photovoltaic Technologies Perovskite Emerging Solar Cells
CN104681292A (zh) 铟掺杂亚碲酸铅量子点敏化太阳能电池及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant