CN110875149B - 氧化物包覆量子点与染料共敏化太阳能电池制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种氧化物包覆量子点与染料共敏化太阳能电池制备方法。首先采用合成的油胺或油酸配体对量子点进行配体交换，转化成水溶性量子点，然后通过高温水热反应在量子点表面生长一层薄氧化物，得到氧化物包覆量子点的粉末。其次将氧化物包覆量子点的浆料通过丝网印刷法制作介孔薄膜，后退火得到光阳极。最后将光阳极在染料中浸泡，组装电池，得到量子点与染料共敏化太阳能电池。本发明采用氧化物包覆量子点作为光阳极，氧化物不仅作为电子传输材料，又在量子点周围形成保护层，既提高了量子点的稳定性，又拓宽了太阳光谱利用范围，从而有效提高电池的效率和稳定性。本发明方法简单、易于工业化生产，实用性强。

Description

氧化物包覆量子点与染料共敏化太阳能电池制备方法
技术领域
本发明涉及太阳能电池材料技术领域，具体涉及一种金属氧化物包覆量子点与染料共敏化太阳能电池制备方法。
背景技术
随着人类对能源消耗的与日俱增以及石油等不可再生资源的枯竭，能将太阳能转化成电能的太阳能电池便获得了巨大的市场空间。然而，当前困扰太阳能电池一个主要的难题就是其光电转换效率问题。通常，构成太阳电池的半导体材料在带隙边缘的吸收率都不高，这大大影响了太阳电池的光电转换效率。目前，在提高太阳电池的光电转换效率方面，通常是采用如下方法来实现：一是通过匹配材料能带结构，提高量子效率；另一是通过改进太阳电池光阳极微结构来提高其对光的捕获吸收能力，增强光与有源区的相互作用效果。本发明采用量子点做敏化剂，再在量子点周围包覆金属氧化物层，制作量子点@金属氧化物介孔薄膜光阳极，构成量子点与染料共敏化太阳电池。金属氧化物既作为电子传输材料，又在量子点周围形成保护层。这种复合结构，拓宽了太阳光谱的吸收范围，有效提高表面光伏响应，又能够减少量子点激发电子、空穴的复合，从而提高电池的光电转化效率，进一步提高器件的性能，满足人们的生活需要。
发明内容
本发明所要解决的问题是：提供一种金属氧化物包覆量子点与染料共敏化太阳能电池制备方法，方法简单、易于工业化生产，实用性强，可为人们的生活提供更高效的太阳能电池器件。
本发明为解决上述问题所提供的技术方案为：一种金属氧化物包覆量子点与染料共敏化太阳能电池制备方法，所述的制备方法采用将合成的油胺或油酸配体量子点通过配体交换，转化成水溶性量子点，经过一段时间高温水热反应，在量子点表面生长一层薄金属氧化物，随后经过一定时间高温退火得到包覆量子点的金属氧化物粉末，金属氧化物粉末制备成浆料，通过丝网印刷后退火得到包覆量子点的金属氧化物光阳极，随后浸泡染料，组装电池，得到量子点与染料共敏化太阳能电池。
优选的，所述的金属氧化物包括二氧化钛、二氧化锡与氧化锌中的一种或几种。
优选的，所述的量子点为CdSe、CdTe、CdSe/CdS和CdTe/CdS中的一种或几种。
优选的，所述的配体交换是用3-巯基丙酸配体交换。
优选的，所述的水热反应时间为2~4小时。
优选的，所述的水热反应温度为160~200℃。
优选的，所述的量子点外层金属氧化物厚度为2~5nm。
优选的，所述的金属氧化物高温退火温度为500℃，退火时间为30min。
与现有技术相比，本发明的优点是：本发明采用金属氧化物包覆量子点的制备方法，并应用于染料敏化太阳能电池器件中。金属氧化物既作为电子传输材料，又在量子点周围形成保护层。这种复合结构，拓宽了太阳光谱的吸收范围，有效提高表面光伏响应，又能够减少量子点激发电子、空穴的复合，从而提高电池的光电转化效率。本发明金属氧化物包覆量子点与染料共敏化太阳能电池制备方法，材料制备方法简便，易工业化生产，生产成本低，实用性强，可为人们的生活创造更高效的太阳能电池器件。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1是本发明太阳能电池的结构示意图
附图标注：1、玻璃基底；2、电极；3、光阳极；4、染料分子；5、电解液；6、对电极。
具体实施方式
以下将配合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，藉此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。
一种金属氧化物包覆量子点与染料共敏化太阳能电池制备方法，所述的制备方法采用将合成的油胺或油酸配体量子点通过配体交换，转化成水溶性量子点，经过一段时间高温水热反应，在量子点表面生长一层薄金属氧化物，随后经过一定时间高温退火得到包覆量子点的金属氧化物粉末，金属氧化物粉末制备成浆料，通过丝网印刷后退火得到包覆量子点的金属氧化物光阳极，随后浸泡染料，组装电池，得到量子点与染料共敏化太阳能电池。具体步骤如下：
步骤1 量子点配体交换
将油酸配体量子点溶于二氯甲烷，3-巯基丙酸溶于甲醇并用氢氧化钠溶液调节PH到10,加入量子点溶液，加入去离子水和丙酮，离心后溶于去离子水，得到水溶性量子点。
步骤2 金属氧化物包覆量子点
将水溶性量子点与五水四氯化锡、聚乙烯吡咯烷酮（PVP）和去离子按一定比例混合180℃下水热反应3小时，得到金属氧化物包覆量子点沉淀，随后洗涤沉淀500℃退火30min得到粉末。
步骤3 光阳极制备
步骤2的粉末与乙基纤维素、松油醇、OP乳化剂混合超声，旋转蒸发得到金属氧化物浆料，随后丝网印刷退火得到光阳极
步骤4 电池组装
光阳极浸泡染料，组装对电极和注入电解液，得到金属氧化物包覆量子点与染料共敏化太阳能电池。
实施例1
一种太阳能电池光阳极的制备方法，所述方法包括以下步骤，
步骤1 CdTe量子点配体交换
将1 g油酸配体CdTe量子点溶于5 ml二氯甲烷中，4 mmol 3-巯基丙酸溶于2 ml甲醇并用氢氧化钠溶液调节PH到10,加入到量子点的二氯甲烷溶液，然后加入去离子水和丙酮，离心后沉淀溶于5 ml去离子水，得到水溶性CdTe量子点。
步骤2 SnO2包覆水溶性CdTe量子点
将步骤1中的量子点溶液与1.2 mmol五水四氯化锡、0.5 g聚乙烯吡咯烷酮（PVP）和60ml去离子在聚四氟乙烯内衬反应釜中180℃下水热反应3小时，得到SnO2包覆水溶性CdTe量子点，随后洗涤500℃退火30 min得到粉末。
步骤3 光阳极制备
步骤2的粉末与0.6 g乙基纤维素、4 g松油醇、0.5 g OP乳化剂混合超声，旋转蒸发得到SnO2包覆CdTe量子点浆料，随后丝网印刷退火得到光阳极。
实施例2
一种金属氧化物包覆量子点与染料共敏化太阳能电池制备方法，具体步骤如下
步骤1 导电玻璃2（也就是电极）的清洗：分别使用去离子水、丙酮、异丙醇、乙醇超声15 min，用氮气吹干后放在培养皿中，经过臭氧处理20分钟后备用；
步骤2 光阳极3制备：按照实施例1得到光阳极；
步骤3 浸泡染料4：将光阳极浸泡在染料分子N719里12小时，随后用乙醇冲洗晾干。
步骤4 组装电池：将光阳极与对Pt电极6组装好，注入碘系电解液5，得到SnO2包覆CdTe量子点与染料共敏化太阳能电池。
以上仅就本发明的最佳实施例作了说明，但不能理解为是对权利要求的限制。本发明不仅局限于以上实施例，其具体结构允许有变化。凡在本发明独立权利要求的保护范围内所作的各种变化均在本发明保护范围内。

Claims (1)

1.一种氧化物包覆量子点与染料共敏化太阳能电池制备方法，其特征在于：①所述的制备方法采用将合成的油胺或油酸配体量子点通过用3-巯基丙酸配体交换，转化成水溶性量子点，经过一段时间高温水热反应，水热反应时间为2～4小时，水热反应温度为160～200℃，在量子点表面生长一层薄氧化物，所述的量子点外层氧化物厚度为2～5nm，随后经过一定时间高温退火得到包覆量子点的氧化物粉末，所述的氧化物高温退火温度为500℃，退火时间为30min，氧化物粉末制备成浆料，通过丝网印刷后退火得到包覆量子点的氧化物光阳极，随后浸泡染料，组装电池，得到量子点与染料共敏化太阳能电池；②所述的氧化物包括二氧化钛、二氧化锡与氧化锌中的一种或几种；③所述的量子点为CdSe、CdTe、CdSe/CdS和CdTe/CdS中的一种或几种。
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