[发明专利]全水溶性溶剂处理的量子点敏化太阳电池的制备方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种全水溶性溶剂处理的量子点敏化太阳电池的制备方法，属太阳电池结构设计应用技术领域。

背景技术：

量子点敏化太阳电池（QDSSC）因其成本低廉和制备工艺简单的特点而受到科技界的密切关注。量子点的尺寸效应，使人们可以通过对其晶粒尺寸的控制来调节太阳电池的光谱响应范围，量子点的碰撞电离效应能使一个高能量的光子激发出两个甚至多个热电子，得到高于100%的量子产率。

电解质是影响量子点敏化太阳电池光电转换效率和稳定性的重要因素之一。目前通常使用的电解质为无机半导体电解质材料，其不足之处在于易挥发且有较高的毒性，使用聚合物作为电解质的固态染料敏化太阳电池可避免使用无机半导体电解质带来的一些问题，且具有制备简单、价格低廉、柔性、易于处理等优势，一直以来都是研究的热点。共轭聚合物由于其低成本、可进行溶液处理、可制备大面积器件等特点，在太阳电池等光电器件方面的应用倍受人们的关注。

共轭聚合物如聚对苯乙炔(PPV)及其衍生物、聚噻吩(PT)及其衍生物(P₃HT和P₃OT)等，在有机太阳电池领域已得到广泛的研究和应用。但目前采用的溶剂一般为有机溶剂，如甲苯、二甲苯、氯苯、氯仿、四氢呋喃等，这些有机溶剂的使用则会产生相应的环境污染，从而违背了开发太阳电池这一“清洁能源”原始初衷。

一般共轭聚合物为疏水性的材料，其被用作固态量子点敏化太阳电池的电解质并渗入亲水性的量子点敏化的多孔TiO₂薄膜时，与薄膜的界面不匹配，不利于电子的传输，从而影响了电池光电转换效率的提高。

发明内容：

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种全水溶性溶剂处理的量子点敏化太阳电池的制备方法，采用水溶性共轭聚合物为固态电解质，氧化物多孔膜和纳米粒子量子点敏化剂均是亲水性的，避免了有机溶剂给环境带来的负面影响，具有提高太阳电池的光电转换效率、环境友好的特点。

本发明是通过如下技术方案来实现上述目的的。

本发明所提供的全水溶性溶剂处理的量子点敏化太阳电池的制备方法，包括如下步骤：

1、在导电衬底上制备水溶性氧化物多孔膜，孔径为10nm－500nm，制得氧化物阳极；

2、在水溶性氧化物多孔膜上用水性溶液原位沉积法制得量子点敏化剂；

3、将亲水性共轭聚合物固态电解质通过旋转涂布法制备在水溶性氧化物多孔膜表面，其中部分共轭聚合物固态电解质灌注在水溶性氧化物多孔膜内；

4、在聚合物固态电解质的表面以溅射法、蒸镀法或沉积法制作金属阴极；

5、用厚度为60μm的热封装胶粘接氧化物阳极和金属阴极,使其形成对电极，通过外回路相连接。

所述的导电衬底为氟锡氧化物FTO导电玻璃；

所述的水溶性氧化物多孔膜，其氧化物的种类为氧化钛、氧化锌或者氧化锡；其多孔膜的结构为：由纳米颗粒堆积而成的纳米多孔结构或模板法得到的三维反蛋白石结构；

所述的量子点敏化剂为由水性溶液的原位沉积法制备的纳米粒子材料，为Ⅱ-Ⅵ族化合物，如硫化镉、硒化镉、碲化镉；或为Ⅳ-Ⅵ族化合物，如硫化铅、硒化铅；或为Ⅲ-Ⅴ族化合物，如磷化铟的纳米粒子；

所述的聚合物固态电解质为水溶性共轭聚合物，为聚芴类、聚噻吩类、聚吡咯类、聚苯胺类、聚咔唑类导电聚合物；其水溶性共轭聚合物为含有极性基团-SO₃H、-OH、-NH₂、-NHR、-COOH的共轭聚合物；

所述的金属阴极的金属种类为金或铂。

本发明与现有的技术相比具有如下有益效果：

1、本发明所述的太阳电池的制备中，固态电解质为水溶性共轭聚合物，由水性溶剂取代了有机溶剂的使用，避免了有机溶剂给环境带来的负面影响，具有环境友好的特点。

2、本发明相对于传统的电池，由于其氧化物多孔膜和纳米粒子敏化剂均是亲水性的，更容易灌注水溶性的空穴传导材料，并且与空穴传导材料—水溶性共轭聚合物之间的界面更加匹配，接触更佳，从而有利于提高太阳电池的光电转换效率。

3、由于溶剂的蒸发速率对薄膜的形态及器件的性能的影响较大，本发明采用水性溶剂，则更容易通过加热的方式对此进行调控。

附图说明：

图1为本发明的总体结构示意图。

在图中：1.导电衬底、2.氧化物多孔膜、3.量子点敏化剂、4.固态电解质、5.金属阴极、6.外回路。

具体实施方式：