[发明专利]用于太阳电池的三元镉硫碲量子点敏化剂制备方法

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敏化太阳电池的三元镉硫碲半导体量子点敏化剂及制备方法。

背景技术

太阳能由于清洁无污染、储量丰富且不受地域限制，被用于替代即将枯竭的化石能源，且能解决中国面临的低碳经济的冲击。在各类新型太阳电池中，染料敏化太阳电池(DSSC)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。作为DSSC的分支，量子点敏化太阳电池(QDSC)亦蓬勃发展(A.J.Nozik，A.J.Nozik／Physica E14(2002)115-120)。QDSC是将吸附了半导体量子点的宽禁带半导体纳米薄膜作为正极，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-还原电解质形成三明治结构。半导体量子点吸收太阳光能，电子从基态跃迁到激发态，然后快速注入紧邻的TiO₂导带中。量子点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形成回路产生光电流。量子点可以吸收一个高能光子产生多个电子，大大提高了量子产率。

但是目前QDSC的总体性能较低，这是因为短路电流密度较低。为了改善QDSC的总体性能，开展了一系列针对于QDSC中量子点的改性工作。其中CdS量子点因制备简单而被广泛应用于太阳电池领域，但是因硫化镉量子点为宽带隙半导体，所以对太阳电池的短路电流密度有很大限制。CdTe因其带隙与太阳光谱匹配很好而广泛应用于薄膜电池，但因CdTe量子点容易被氧化而很少用于敏化太阳电池。近期，(Xina Wang，Haojun Zhu，Yeming Xu，ACSNANO，2012，4，3302-3308)应用CBD方法制备了CdTe量子点；(Xiao-Yun Yu，Bing-Xin Lei，Dai-Bin Kuang，Chem.Sci.，2011，2，1396-1400)亦应用CBD方法制备了CdTe／CdS核壳结构量子点，对电池总体性能有所改善。但是，目前通过SILAR方法制备用于敏化太阳电池的三元镉硫碲半导体量子点敏化剂来提高QDSC的短路电流的工作还未见报道。

发明内容

本发明为了克服宽带隙硫化镉半导体量子点会限制太阳电池的短路电流密度的缺陷，提供了一种用于敏化太阳电池的三元镉硫碲半导体量子点敏化剂及制备方法.三元镉硫碲半导体量子点结合了CdS的光稳定性和CdTe的带隙与太阳光谱最匹配的优点，从而利于光生载流子的产生和传输动力。以三元镉硫碲半导体量子点作为敏化剂组装的敏化太阳电池相对CdS量子点敏化太阳电池，短路电流密度增加近200％，开路电压也有所增加，进而提高了太阳电池能能量转换效率。

本发明是通过以下技术方案实施的：

一种用于敏化太阳电池的三元镉硫碲半导体量子点敏化剂及制备方法，该方法制备了三元的镉硫碲半导体量子点，且用其作为敏化剂组装成量子点敏化太阳电池。

所述方法的具体步骤为：

1)配备浓度为0.01M-1M含有三元CdS_xTe_1-x半导体量子点中Cd²⁺离子的可溶性盐溶液，放入20-50℃的水浴中恒温超声10-60min；

2)配备浓度为0.01M-1M含有三元CdS_xTe_1-x半导体量子点中S^2-离子的可溶性盐溶液，放入20-50℃的水浴中恒温超声20-60min；

3)将含有三元CdS_xTe_1-x半导体量子点中Te^2-离子的可溶性盐加入步骤2)配备的溶液中，其中Te^2-离子的可溶性盐与S^2-离子的可溶性盐的质量摩尔浓度比为1：1-1：1000；

4)将步骤3)制得的溶液放入20-50℃的水浴中恒温超声20-60min；

5)将待敏化的宽禁带半导体光阳极材料浸入步骤1)制备的溶液中5-30min，取出用相应溶剂冲洗之后，用氮气吹干；

6)将步骤5)得到的光阳极材料浸入步骤4)制备的阴离子溶液中5-30min，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CdS_xTe_1-x半导体量子点敏化剂层；