CN106044706A - 一种CdSe /CdS纳米颗粒共敏化ZnO光电极的制备方法 - Google Patents

一种CdSe /CdS纳米颗粒共敏化ZnO光电极的制备方法 Download PDF

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Abstract

一种CdSe /CdS纳米颗粒共敏化ZnO光电极的制备方法，步骤包括：制备ZnO纳米线阵列，制备CdS/ZnO光电极，制备CdSe /CdS/ZnO光电极。本发明的有益效果是：合成工艺简单，反应条件温和，生产成本较低，可重复性好，具有优异的可见光吸收性能，短路电流和光电转换效率分别为9.68‑9.82mA/cm2和1.92‑1.96％。

Description

一种CdSe /CdS纳米颗粒共敏化ZnO光电极的制备方法
技术领域
本发明涉及材料合成方法，具体的是一种CdSe /CdS纳米颗粒共敏化ZnO光电极的制备方法。
背景技术
随着社会的发展，人类对化石能源的需求越来越大，而太阳能是一种成本低、环境友好的替代能源，越来越受到研究者的广泛关注。量子点敏化太阳能电池（ＱＤＳＳＣｓ）作为第三代太阳能电池，具有生产成本低廉、光吸收范围广和稳定性好等优点，其光电极材料的选择对光电化学性能有重要影响。目前光电极材料主要有ＺｎＯ、ＴｉＯ２ 等，但ＺｎＯ禁带宽度较宽（3.2ｅＶ），仅对紫外光有吸收，限制其对太阳光的有效利用。通过对ＺｎＯ进行改性，如掺杂或复合ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＰｂＳ和ＰｂＳｅ等敏化剂，不仅拓宽光吸收范围，而且敏化剂与ＺｎＯ形成阶梯式能级结构，从而改善光生载流子的传输， 提高其光电化学性能。 ＣｄＳ禁带宽度为2.4ｅＶ，且导带位置高于ＺｎＯ导带位置，这有利于光生电子从ＣｄＳ转移到ＺｎＯ上，但其较窄的光吸收范围限制其光电转换效率的提高。ＣｄＳｅ禁带宽度较窄（1.7ｅＶ），能够将光吸收范围拓展到整个可见光区域，但光生电子注入效率低使其难以获得较高的光电转化效率，通过共敏化可以解决这一问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种CdSe /CdS纳米颗粒共敏化ZnO光电极的制备方法，提供一种新的合成方法。
本发明采用的合成方法，包括如下步骤：
a、制备ZnO纳米线阵列：称取0.65-0.7份硝酸锌、0.3-0.33份六次甲基四胺溶解于蒸馏水中，磁力搅拌至澄清,取上述溶液倒入聚四氟乙烯内衬中，然后倾斜放入 FTO导电玻璃，置于90-95℃真空干燥箱中保温8.5-8.75ｈ，冷却后用无水乙醇和蒸馏水各冲洗2-3次，在40-45℃下干燥2-3h后，置于350-380℃真空管式炉中退火25-30min，冷却至室温得ZnO纳米线阵列；
b、制备CdS/ZnO光电极：称取0.56-0.62份氯化镉、0.25-0.28份硫粉溶解于二甲基亚砜中，得CdS电沉积液，将电沉积液置于105℃油浴中，10ｍＡ恒电流条件下电沉积得CdS纳米颗粒，再用无水乙醇和蒸馏水各冲洗2-3次，在40-45℃下干燥2-3h后，置于350-380℃真空管式炉中退火25-30min，冷却至室温得纳米颗粒单敏化CdS/ZnO光电极；
c、制备CdSe /CdS/ZnO光电极：称取0.18-0.22份硒粉、0.69-0.72ｇ无水亚硫酸钠溶解于50ｍＬ蒸馏水中，置于100℃水浴锅中回流８ｈ得Na2SeSO3前驱体溶液，然后加入含0.51份硫酸镉的50ｍＬ蒸馏水溶液，得CdSe电沉积液，2.2V恒电压条件下电沉积得CdSe纳米颗粒，再用无水乙醇和蒸馏水各冲洗2-3次，在40-45℃下干燥2-3h后，置于350-380℃真空管式炉中退火25-30min，冷却至室温,即得CdSe /CdS/ZnO光电极。
本发明的有益效果是：合成工艺简单，反应条件温和，生产成本较低，可重复性好。
具体实施方式
以下结合实例进一步说明本发明的内容，由技术常识可知，本发明也可通过其它的不脱离本发明技术特征的方案来描述，因此所有在本发明范围内或等同本发明范围内的改变均被本发明包含。
实施例1：
a、制备ZnO纳米线阵列：称取0.65份硝酸锌、0.3份六次甲基四胺溶解于蒸馏水中，磁力搅拌至澄清,取上述溶液倒入聚四氟乙烯内衬中，然后倾斜放入 FTO导电玻璃，置于90℃真空干燥箱中保温8.5ｈ，冷却后用无水乙醇和蒸馏水各冲洗2次，在40℃下干燥2h后，置于350℃真空管式炉中退火25min，冷却至室温得ZnO纳米线阵列；
b、制备CdS/ZnO光电极：称取0.56份氯化镉、0.25份硫粉溶解于二甲基亚砜中，得CdS电沉积液，将电沉积液置于105℃油浴中，10ｍＡ恒电流条件下电沉积得CdS纳米颗粒，再用无水乙醇和蒸馏水各冲洗2次，在40℃下干燥2h后，置于350℃真空管式炉中退火25min，冷却至室温得纳米颗粒单敏化CdS/ZnO光电极；
c、制备CdSe /CdS/ZnO光电极：称取0.18-0.22份硒粉、0.69ｇ无水亚硫酸钠溶解于50ｍＬ蒸馏水中，置于100℃水浴锅中回流８ｈ得Na2SeSO3前驱体溶液，然后加入含0.51份硫酸镉的50ｍＬ蒸馏水溶液，得CdSe电沉积液，2.2V恒电压条件下电沉积得CdSe纳米颗粒，再用无水乙醇和蒸馏水各冲洗2次，在40℃下干燥2h后，置于350℃真空管式炉中退火25min，冷却至室温,即得CdSe /CdS/ZnO光电极。
实施例2：
a、制备ZnO纳米线阵列：称取0.7份硝酸锌、0.33份六次甲基四胺溶解于蒸馏水中，磁力搅拌至澄清,取上述溶液倒入聚四氟乙烯内衬中，然后倾斜放入 FTO导电玻璃，置于95℃真空干燥箱中保温8.75ｈ，冷却后用无水乙醇和蒸馏水各冲洗3次，在45℃下干燥3h后，置于380℃真空管式炉中退火30min，冷却至室温得ZnO纳米线阵列；
b、制备CdS/ZnO光电极：称取0.62份氯化镉、0.28份硫粉溶解于二甲基亚砜中，得CdS电沉积液，将电沉积液置于105℃油浴中，10ｍＡ恒电流条件下电沉积得CdS纳米颗粒，再用无水乙醇和蒸馏水各冲洗3次，在45℃下干燥3h后，置于380℃真空管式炉中退火30min，冷却至室温得纳米颗粒单敏化CdS/ZnO光电极；
c、制备CdSe /CdS/ZnO光电极：称取0.22份硒粉、0.72ｇ无水亚硫酸钠溶解于50ｍＬ蒸馏水中，置于100℃水浴锅中回流８ｈ得Na2SeSO3前驱体溶液，然后加入含0.51份硫酸镉的50ｍＬ蒸馏水溶液，得CdSe电沉积液，2.2V恒电压条件下电沉积得CdSe纳米颗粒，再用无水乙醇和蒸馏水各冲洗3次，在45℃下干燥3h后，置于380℃真空管式炉中退火30min，冷却至室温,即得CdSe /CdS/ZnO光电极。
通过实验，根据本发明制得的CdSe /CdS/ZnO光电极的光电性能达到最佳，其短路电流和光电转换效率分别为9.68-9.82mA/cm2和1.92-1.96％。

Claims (1)

1.一种CdSe /CdS纳米颗粒共敏化ZnO光电极的制备方法，包括如下步骤：
a、制备ZnO纳米线阵列：称取0.65-0.7份硝酸锌、0.3-0.33份六次甲基四胺溶解于蒸馏水中，磁力搅拌至澄清,取上述溶液倒入聚四氟乙烯内衬中，然后倾斜放入 FTO导电玻璃，置于90-95℃真空干燥箱中保温8.5-8.75ｈ，冷却后用无水乙醇和蒸馏水各冲洗2-3次，在40-45℃下干燥2-3h后，置于350-380℃真空管式炉中退火25-30min，冷却至室温得ZnO纳米线阵列；
b、制备CdS/ZnO光电极：称取0.56-0.62份氯化镉、0.25-0.28份硫粉溶解于二甲基亚砜中，得CdS电沉积液，将电沉积液置于105℃油浴中，10ｍＡ恒电流条件下电沉积得CdS纳米颗粒，再用无水乙醇和蒸馏水各冲洗2-3次，在40-45℃下干燥2-3h后，置于350-380℃真空管式炉中退火25-30min，冷却至室温得纳米颗粒单敏化CdS/ZnO光电极；
c、制备CdSe /CdS/ZnO光电极：称取0.18-0.22份硒粉、0.69-0.72ｇ无水亚硫酸钠溶解于50ｍＬ蒸馏水中，置于100℃水浴锅中回流８ｈ得Na2SeSO3前驱体溶液，然后加入含0.51份硫酸镉的50ｍＬ蒸馏水溶液，得CdSe电沉积液，2.2V恒电压条件下电沉积得CdSe纳米颗粒，再用无水乙醇和蒸馏水各冲洗2-3次，在40-45℃下干燥2-3h后，置于350-380℃真空管式炉中退火25-30min，冷却至室温,即得CdSe /CdS/ZnO光电极。
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