[发明专利]铝/锌-铜铟硒量子点敏化剂及其制备方法、应用

说明书

本发明涉及一种用于太阳能电池的铝/锌‑铜铟硒量子点敏化剂，所述的量子点敏化剂为铝、锌共掺杂的铜铟硒量子点敏化剂。本发明还提供了一种所述的用于太阳能电池的铝/锌‑铜铟硒量子点敏化剂的制备方法及其应用。本发明的用于太阳能电池的铝/锌‑铜铟硒量子点敏化剂，引入铝和锌有效地钝化CuInSe合金量子点的表面态缺陷，提高了该量子点的荧光寿命；所制备的Al/Zn‑CuInSe量子点的吸光范围也稍有拓宽。基于此所组装的量子点敏化太阳能电池短路电流密度和光电转化效率均得到明显提升。

技术领域

本发明涉及太阳能技术领域，更具体地涉及一种铝/锌-铜铟硒量子点敏化剂及其制备方法、应用。

背景技术

量子点敏化太阳能电池(Quantum Dot Sensitized Solar Cell，QDSC)是利用无机半导体纳米材料(又称量子点)作为光捕获剂进行光电转换的光伏器件。由于量子点材料制备工艺简单且成本低廉本、吸光范围可调、摩尔消光系数高以及多激子效应等诸多优势，使得QDSC的理论效率能够突破肖克利-奎伊瑟(Shockley-Queisser)的上限31％，达到44％。因此，QDSC成为最具潜力的新型太阳能电池之一，近年来引起了广泛的关注与研究。

量子点敏化剂作为敏化电池的最核心组分，它兼具吸收太阳光子产生电子和将光生电子注入到宽带隙半导体材料(通常为TiO₂)的功能。不含Pb、Cd的绿色的CuInSe合金量子点是近年来表现最优异的量子点敏化剂材料，不仅可将吸光范围拓展到1000nm左右，同时该材料组装的QDSC也获得了不错的光电转化效率。然而，由于CuInSe量子点的表面原子比高，合成温度相对较低，表面俘获缺陷较为常见。针对CuInSe量子点的结构缺陷，目前已采用了结构与成分控制、表面配体调控等策略来降低CuInSe量子点表面的缺陷态密度，如采用宽带隙材料(如：ZnS、ZnSe)包覆形成CuInSe/ZnSe核壳结构量子点、金属原子掺杂形成合金量子点(如：Zn-Cu-In-Se合金量子点)或者采用具有还原性的抗坏血酸(AA)作为表面配体来抑制氧化态的形成。但目前CuInSe量子点的表面缺陷态密度仍然较高，而基于该量子点敏化剂制备的QDSC也因此存在较高的电荷复合等问题，最终导致所制备的电池器件的短路电流密度及光电转化效率仍然较低。

有鉴于此，有必要提供一种表面缺陷少的CuInSe量子点的制备方法，进而提升其所制备的太阳电池器件的转化效率。

发明内容

本发明的主要目的就是针对以上存在的问题与不足，提供一种表面缺陷少、吸收范围宽的用于太阳能电池的铝/锌-铜铟硒量子点敏化剂。

为了实现上述目的，本发明采用的用于太阳能电池的铝/锌-铜铟硒量子点敏化剂技术方案如下：所述的量子点敏化剂为铝、锌共掺杂的铜铟硒量子点敏化剂。

本发明提供了一种所述的用于太阳能电池的铝/锌-铜铟硒量子点敏化剂的制备方法，所述的制备方法包括以下步骤：

(1)将铝前驱物、锌前驱物、铜前驱物以及铟前驱物加入油胺与1-十八烯的混合溶剂中；

(2)在氮气保护下，热注入硒前驱物，反应后冷却，得到油溶性Al/Zn-CuInSe量子点敏化剂。

较佳地，所述的制备方法包括步骤(3)：对所述的油溶性的Al/Zn-CuInSe量子点敏化剂进行修饰，得到水溶性的Al/Zn-CuInSe量子分散液，用于制备Al/Zn-CuInSe量子点敏化太阳能电池。

较佳地，在所述的步骤(2)中，在热注入硒前驱物时，反应体系的温度为160～200℃，反应时间为0.1～2.0h。

较佳地，所述的铝前驱物与锌前驱物总的摩尔量为0.1mmol。

较佳地，所述的铝前驱物包括硬脂酸铝、硝酸铝或氯化铝。

本发明还提供了一种所述的用于太阳能电池的铝/锌-铜铟硒量子点敏化剂在量子点敏化太阳能电池的应用。