[发明专利]一种采用纳米钛酸锶半导体薄膜的量子点敏化太阳能电池

说明书

技术领域

本发明属于太阳能电池技术领域，具体涉及一种采用纳米钛酸锶半导体薄膜的量子点敏化太阳能电池。 

背景技术

能源问题已成为全球最基本的话题，关系着经济和社会的全面发展，各国开始着力摆脱依赖常规能源，致力于发展可再生能源。太阳能以其无污染、无地域限制等优势被誉为最理想的能源，新型太阳能电池的研发与优化也是世界各国相关组织都在积极努力的研发方向。 

量子点敏化太阳能电池被视为未来新型太阳能电池。但是，目前的量子点敏化太阳能电池的光电转换效率仍很低，制约着量子点太阳能电池的主要因素主要有电池的短路电流、开路电压以及电池的填充因子，电池的短路电流在现有的技术中提升的空间很小，只有电池的开路电压与填充因子具有很广阔的提升空间。较低的开路电压和填充因子是制约着量子点敏化太阳能电池效率提升的主要研究方向，而量子点敏化太阳能电池中的半导体纳米材料是影响量子点敏化太阳能电池开路电压以致光电转换效率的关键因素之一，传统的利用TiO₂作为半导体纳米材料所制备的量子点电池装置的开路电压V_OC一般在0.4-0.6V之间，并且由于开路电压V_OC与电池的有效面积无关，仅仅取决于电池的内部所采用的结构和材料特性，所以寻找一种具有高的开路电压的新型的半导体材料成为本研究领域相关科学人员的研究目标和研究方向。 

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种新型量子点敏化太阳能电池，其特征在于：整体由三部分构成，其中第(1)部分是光阳极，由FTO导电玻璃、纳米钛酸锶半导体薄膜、附着在纳米钛酸锶半导体薄膜上的量子点敏化剂组成；CdSe、CdTe、CdS、PbS等量子点敏化剂通过连续离子层吸附与反应的方法吸附在纳米钛酸锶半导体薄膜上； 

第(2)部分为氧化还原电解质，该氧化还原电解质是多硫根离子对“S^2-/S_n^2-”电解液(具体制备方法为在去离子水中加入Na₂S·9H₂O与S，Na₂S·9H₂O的浓度为1mol/L，S的浓度为1mol/L，然后将上述混合物搅拌12～24小时)或者“S^2-+OH^-”电解液(具体制备方法为在去离子水中加入Na₂S·9H₂O与NaOH，Na₂S·9H₂O的浓度为1mol/L，NaOH的浓度为1mol/L，然后将上述混合物搅拌12～24小时)； 

第(3)部分为对电极，该对电极为载铂或载硫化亚铜的FTO导电玻璃，其是通过 磁控溅射的方法将铂(Pt)或硫化亚铜(Cu₂S)溅射到FTO导电玻璃之上制备得到，铂的厚度为500～1000nm，硫化亚铜的厚度为1～2μm； 

第(1)部分的光阳极和第(3)部分的对电极间通过回字形热溶膜密封，氧化还原电解质位于回字形热溶膜内。 

其中，纳米钛酸锶材料的制备方法如下，首先按照0.1mol/L的比例把二(2-羟基丙酸)二氢氧化二铵合钛(Dihydroxybis(ammonium lactato)titanium)溶于去离子水溶液，再按照摩尔比Ti：Sr＝1：1的比例将八水氢氧化锶(Sr(OH)₂·8H₂0)加入到上述溶液中；之后把上述混合物磁力搅拌2～3小时，再加入氢氧化钾(KOH)调节反应物的pH为13.4～13.6，搅拌30～60分钟；然后将混合物移入反应釜中，按照每100mL上述混合物加入3mL油酸的标准加入油酸到上述反应釜中，将反应釜密封好，195～205℃水热反应20～25小时；之后将反应物取出，用去离子水反复洗涤后离心，并加入3～10mL的稀硝酸(质量浓度为2％～7％)用于消除反应过程中产生的碳酸锶(SrCO₃)等微量副产物，最后把产物离心洗涤后在40～60℃下烘干，即得到平均尺寸在30nm的纳米钛酸锶粉末。 

其中，该装置的光阳极中，半导体氧化物采用尺寸为平均粒径在30nm左右分散性比较均匀的钛酸锶(SrTiO₃)纳米材料，纳米结构的钛酸锶相对于非纳米结构的钛酸锶有着更大的比表面积，能吸附更多的量子点敏化剂材料。