[发明专利]亚碲酸镉量子点敏化太阳能电池及其制备方法

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量子点敏化剂及其制备方法。 

背景技术

近年来，人类社会正面临着环境不断恶化和能源日渐短缺的严重问题，能源危机已经愈演愈烈，然而现今的能源供给依然主要依赖于化石能源，随着地球上化石燃料的逐渐耗尽及环境污染的日趋加重，人们不得不寻找新的可再生能源。安全可靠、无污染的太阳能无疑是人类未来能源发展的首选。因此，以太阳能作为新能源供应来源最受注目，从技术发展过程或未来前瞻性都受到各界密切的关注。通过光电效应直接把光能转化为电能的装置就是太阳能电池。在各类新型太阳能电池中，由于量子点具有量子限域效应、带隙可调、多激子效应、高消光系数、制造成本低等特点，近年来用无机量子点替代有机染料作为光敏化剂的量子点敏化太阳能电池(Quantum dots-Sensitized Solar Cells，QDSCs)被广泛研究。QDSCs是将吸附了量子点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。量子点吸收太阳光能，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，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玻璃，然后通过外电路到对电极产生光电流。虽然QDSCs的转换效率已经得到了极大的提高，但是其效率还是远远低于其30％的理论效率。为了进一步提高QDSCs的效率，有科研工作者将基于TiO₂的n型QDSCs与基于NiO的p型QDSCs串联成一块电池形成了叠层太阳能电池(Tandem Solar Cells)。染料叠层太阳能电池的理论效率是43％，远远超过单结n型或p型DSSCs的理论效率，其开路电压等于n型电池和p型电池开路电压之和，短路电流是取决于光阳极和光阴极电流的最小者，这是由串联电路的特点决定的。 

然而量子点叠层太阳能电池的电流是由n型和p型QDSCs电流较小者决定，所以量子点敏化叠层太阳能电池的电流被较差的p型量子点敏化太阳能电池电流所束缚，致使量子点敏化叠层太阳能电池的高理论效率未能实现。(Rhee J.H.，Lee Y.H.，Bera P.Chemical Physics Letters，2009，477，345-348)用Cu₂S敏化p型NiO制备QDSC得到了260-360μA/cm²的短路电流密度和91-95mV的开路电压，但是，目前用CdTeO₃作为量子点敏化p型NiO的工作还未见报道。 

发明内容

为了提高基于p型NiO的QDSCs的性能，本发明提供了一种用于太阳能电池的CdTeO₃量子点敏化剂及其制备方法，使得p型QDSCs的短路电流密度、开路电压和光电转换效率有了较大程度的提升。 

本发明是通过以下技术方案实施的： 

亚碲酸镉量子点敏化太阳能电池及其制备方法，该方法是通过SILAR法将CdTeO₃量子点中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)配备浓度为0.01M-1M含有量子点阴离子的可溶性溶液，放入20-50℃的水浴中恒温30-60min； 

3)将待敏化的宽禁带半导体光阴极材料浸入步骤1)制备的溶液中1-10min，取出用相应溶剂清洗干净，并用加热台干燥； 

5)将步骤3)得到的光阳极材料浸入步骤2)制备的阴离子溶液中1-10min，取出用相应溶剂清洗干净，并用加热台干燥，则在光阴极材料上形成CdTeO₃量子点敏化剂层； 

本发明的优点在于：将CdTeO₃量子点作为敏化剂组装成量子点敏化太阳能电池，通过改变电池光阴极的费米能级位置，从而使得电池的开路电压得到较大程度的提高。在100mW/cm²的光强条件下，该太阳能电池的短路电流密度为0.364mA/cm²，开路电压为103.7mV，光电转换效率为0.0185％，比无CdTeO₃量子点敏化的NiO太阳能电池的开路电压提高了70.8％，光电转换效率提高了69.7％。