[发明专利]一种用于太阳能电池的双掺铟量子点敏化剂及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于太阳能技术领域，更具体涉及一种用于太阳能电池的掺杂量子点敏化剂及其制备方法。 

背景技术

面对全球石化能源日益枯竭，取之不尽用之不竭的太阳能可以替代化石能源解决日益严重的能源危机问题。在各类新型太阳能电池中，染料敏化太阳能电池(DSSCs)以低成本、制作工艺简单、相对较高的光电转换效率而成为研究热点(O’Regan，B.，M.，Nature，1991，353，737)。DSSCs是将吸附了染料的宽禁带半导体纳米晶薄膜作为正极，表面镀有一层铂的导电玻璃作为对电极，正极和对电极之间加入氧化-还原电解质形成的。染料分子吸收太阳光能，电子从基态跃迁到激发态，激发态上面的电子快速注入紧邻的TiO₂导带，染料中失去的电子很快从电解质中得到补偿，进入TiO₂导带中的电子最终进入导电膜，然后通过外电路到对电极产生光电流。然而，染料的稳定性还有待进一步的提高，而且价格也相对较高，所以采用价格便宜的窄禁带无机半导体量子点作为敏化剂，可以降低电池的成本，提高稳定性，这种电池成为量子点敏化太阳能电池(QDSSCs)。一般染料吸收一个光子最多产生一个电子，量子点可以由一个高能光子产生多个电子，大大提高量子产率(Nozik，A.J.，PhysicaE，2002，14，115)。 

但是目前利用量子点敏化的太阳能电池QDSSCs，其短路电流很低，导致其总体表现还低于DSSCs。为了提高QDSSCs的短路电流，开展了一系列对QDSSCs的改性工作，其中PbS、CdS量子点共敏化被广泛研究，并在提高短路电流方面取得一定进展(Antonio Braga，J.Phys.Chem.Lett.2011，2，454-460)。同时对光阳极半导体量子点进行掺杂也是一种常用的有效方法，CN102163502A公开了一种在CdS量子点中掺杂了Ca杂质离子的方法，提高了CdS的导带能级，有利于电子的传输；(Pralay K.Santra，J.Am.Chem.Soc.2012，134，2508-2511)通过SILAR方法对CdS/CdSe中CdS掺杂Mn，取得较好效果。但是，目前通过SILAR方法对PbS/CdS共敏化太阳能电池中的PbS掺杂In，CdS掺杂In共同作为敏化剂提高QDSSCs的短路电流的工作还未见报道。 

发明内容

为了克服上述的缺陷，本发明提供了一种用于太阳能电池的双掺铟量子点敏化剂及制备方法，以此改性PbS、CdS半导体量子点的光电特性，从而使得电子空穴可以更加快 速的分离，进而提高太阳能电池的短路电流和光电转换效率。 

本发明是通过以下技术方案实施的： 

一种用于太阳能电池的双掺铟量子点敏化剂及制备方法，该方法是将In杂质原子分别掺杂到PbS、CdS半导体量子点中共同作为敏化剂组装成量子点敏化太阳能电池。 

所述方法的具体步骤为： 

1)配备浓度为0.01M-1M含有PbS半导体量子点阳离子的可溶性盐溶液，放入20-50℃的水浴中恒温30-60min； 

2)将含有In杂质原子的可溶性盐溶液加入步骤1)配备的阳离子溶液当中，其中杂质原子与半导体量子点原子个数的比为1∶1-1∶1000； 

3)配备浓度为0.01M-1M含有半导体量子点阴离子的可溶性溶液，放入20-50℃的水浴中恒温20-60min； 

4)将待敏化的宽禁带半导体光阳极材料浸入步骤2)制备的溶液中1-60min，取出用相应溶剂冲洗之后，用氮气吹干； 

5)将步骤4)得到的光阳极材料浸入步骤3)制备的阴离子溶液中1-10min，取出用相应溶剂冲洗之后，用氮气吹干，则在光阳极材料上形成In掺杂的PbS半导体量子点敏化剂层； 

6)配备浓度为0.01M-1M含有CdS半导体量子点阳离子的可溶性盐溶液，放入20-50℃的水浴中恒温30-60min； 

7)将含有In杂质原子的可溶性盐溶液加入步骤6)配备的阳离子溶液当中，其中杂质原子与半导体量子点原子个数的比为1∶1-1∶1000； 

8)将步骤5)制得的In掺杂的PbS量子点敏化光阳极材料浸入步骤7)制备的溶液中1-10min，取出用相应溶剂冲洗之后，用氮气吹干； 

9)将步骤8)制得的光阳极材料浸入步骤3)制备的阴离子溶液中1-10min，取出用相应溶剂冲洗之后，用氮气吹干，则在光阳极材料上形成In掺杂PbS和In掺杂CdS量子点敏化剂层。