[发明专利]以钌改性染料为敏化剂的柔性型氧化锌量子点太阳能电池

说明书

技术领域

本发明属于太阳能电池领域，具体涉及一种以钌改性染料为敏化剂的柔性型氧化锌量子点太阳能电池及其制备方法。

背景技术

柔性型染料敏化太阳能电池，具有衬底轻薄、材质柔软、携带便易等优点，被认为是传统硅太阳能电池最有竞争力的代替者之一。从目前研究结果来看，氧化锌材料不但具有来源广泛、晶型单一、合成简单、微观形貌调控合成等优点，而且和二氧化钛类似的能带结构(帯隙为3.37 eV)、相当的电子注入效率和较高的电子迁移率，被认为是一种可以替代二氧化钛的光阳极材料。然而，染料敏化氧化锌太阳能电池的光电转化效率仍明显低于二氧化钛，一方面是由于光生电子从激发态染料注入氧化锌导带的效率较低，这与两者导带电子的有效质量及态密度有很大关系。另一方面，氧化锌化学稳定性远低于二氧化钛，耐酸碱性差，易被弱酸性染料腐蚀，大大降低光捕获效率和电荷收集效率。但是，至今还未有适合于氧化锌光阳极弱酸性染料敏化剂的相关报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种以钌改性染料为敏化剂的柔性型氧化锌量子点太阳能电池及其制备方法，氧化锌是一种很好的半导体材料，量子点氧化锌合成过程简单，纯度高，较大的比表面能吸附更多的染料，从而增加了光捕获效率和电荷收集效率。本发明的制备方法简单，成本低，具有显著的经济效益。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种以钌改性染料为敏化剂的柔性型氧化锌量子点太阳能电池，利用简单的溶胶凝胶法，在不添加任何表面活性剂或导向剂的条件下制备氧化锌量子点，用此量子点作为柔性型染料敏化太阳能电池光阳极，钌改性染料为敏化剂组装的染料敏化太阳能电池。

制备方法包括以下步骤：

（1）氧化锌量子点的制备；

（2）钌改性染料的制备；

（3）染料敏化太阳能电池的组装。

氧化锌量子点的制备方法包括以下步骤：

（1）将4mM醋酸锌乙醇溶液在80℃下搅拌3h，得到澄清溶液A；

（2）将氢氧化锂超声溶解在乙醇中，制得8mM澄清氢氧化锂溶液B；

（3）将溶液A和溶液B迅速混合，并40℃下快速搅拌40-80min，得到澄清溶液C，其中，Zn²⁺和OH^-的摩尔比为1:2~1:4；

（4）将80-160mL的庚烷或乙酸乙酯倒入溶液C中，生成白色沉淀，用无水乙醇多次离心洗涤，最后分散在乙醇中制得氧化锌量子点浆体。

钌改性染料的制备方法包括以下步骤：将0.3mM的顺式-双(异硫氰基)双(2,2'-联吡啶基-4,4'-二羧基)钌(II)溶液和0.3mM的氢氧化钠溶液混合，在80℃下真空旋转蒸发完成离子交换过程，所得产物溶解在50mL乙醇中备用，其中，Ru²⁺和OH^-摩尔比为1:1~1:4。

染料敏化太阳能电池的组装包括以下步骤：

（1）将氧化锌量子点浆体在室温下滴涂在柔性基底聚对萘二甲酸乙二醇酯上，在120℃空气中干燥20min；

（2）重复步骤（1）两次，然后将其浸渍在钌改性染料中4-8h后取出，电极薄膜的颜色由白色变为深红色；再把它与对电极和注入的液态电解质溶液组装在一起，形成三明治结构的染料敏化太阳能电池。

本发明的显著优点在于：氧化锌是一种很好的半导体材料，量子点氧化锌合成过程简单，纯度高，较大的比表面能吸附更多的染料，从而增加了光捕获效率和电荷收集效率。本发明首次提供了一种以钌改性染料为敏化剂的柔性型氧化锌量子点太阳能电池及其制备方法。制备方法简单，降低了成本，具有有益的经济效益。

附图说明

表1 N3染料及其各改性染料的光电性能。

图1是ZnO量子点的透射电镜图。

图2是N3及其改性染料的光电性能曲线。

具体实施方式

本发明利用简单的溶胶凝胶法，在不添加任何表面活性剂或导向剂的条件下制备了5nm 左右的氧化锌量子点，用此量子点作柔性型染料敏化太阳能电池光阳极，钌改性染料为敏化剂组装的染料敏化太阳能电池，在100mW/cm²的光强、AM1.5条件下，其最高光电转换效率为2.94%。