[发明专利]用于太阳电池的铜掺杂/钙掺杂硫化镉共敏化剂制备方法

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太阳电池的铜掺杂/钙掺杂硫化镉共敏化剂制备方法。

背景技术

随着全球经济的迅速发展，人口的持续增长以及人类对能源的依赖性逐渐加深，能源危机和环境污染问题已成为21世纪人类面临的首要问题。面对全球石化能源日益枯竭，取之不尽用之不竭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，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，这种电池称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.，Physica E，2002，14，115)。

但是目前利用量子点敏化的太阳能电池QDSSCs，其总体表现还低于DSSCs。为了提高QDSSCs的光电转换效率，广泛开展了对QDSSCs的改性工作，其中对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，改善了CdS量子点在电极材料表面的吸附状况，抑制了暗电流的产生，提高了太阳能电池的短路电流和光电转换效率。还有报道(W.Lee et al.Electrochemistry Communications10(2008)1699-1702)使用单独CdSe量子点和掺杂镁杂质源的CdSe量子点共敏化作为敏化剂的方法，Mg对CdSe的掺杂一方面可以调节其带隙，使其在可见光范围内的吸收增强，光谱响应范围得到明显拓宽，进而提高了光利用率，另一方面Mg的掺杂可以增加其载流子浓度，提高电子的传输速率，增加电极收集电子的效率，从而提高光电流密度。另外，(Pralay K.Santra，J.Am.Chem.Soc.2012，134，2508-2511)通过SILAR方法将Mn²⁺掺入到CdS量子点中，使得电子能够更加有效地注入到TiO₂中，提高了太阳能电池的短路电流、开路电压和光电转换效率。但是，目前通过SILAR方法对CdS量子点分别掺杂Cu元素和Ca元素共敏化后作为敏化剂来提高太阳能电池的性能参数的工作还未见报道。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种用于太阳电池的铜掺杂/钙掺杂硫化镉共敏化剂制备方法，以此改性CdS半导体量子点的光电特性，使得电子空穴可以更加快速有效地分离，减少了电池内部的复合中心，降低了暗电流，电子能够更加有效地注入到TiO₂中，进而提高了太阳能电池的短路电流、开路电压以及光电转换效率。

本发明是通过以下技术方案实施的：

用于太阳电池的铜掺杂/钙掺杂硫化镉共敏化剂制备方法，该方法是将Cu²⁺与Ca²⁺分别掺杂到CdS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0.1M-1M含有半导体量子点阳离子Cd²⁺的可溶性盐溶液，放入20-50℃的水浴中恒温30-60min；

2)将含有Cu杂质原子的可溶性盐溶液加入步骤1)配备的阳离子溶液中，其中杂质原子与半导体量子点摩尔浓度之比为1∶1-1∶1000；

3)将含有Ca杂质原子的可溶性盐溶液加入步骤1)配备的阳离子溶液中，其中杂质原子与半导体量子点摩尔浓度之比为1∶1-1∶1000；

4)配备浓度为0.1M-1M含有半导体量子点阴离子S^2-的可溶性盐溶液，放入20-50℃的水浴中恒温30-60min；