[发明专利]基于锌锡类水滑石的CdS/CdSe量子点敏化太阳能电池光阳极、电池及其制备方法

说明书

本发明涉及一种基于锌锡类水滑石的CdS/CdSe量子点敏化太阳能电池光阳极、电池及其制备方法。通过锌锡类水滑石煅烧后生成混合金属氧化物，涂在导电玻璃上形成多孔薄膜，先后负载CdS和CdSe量子点，形成光阳极；再与多硫电解质和CuS对电极组装成三明治结构的量子点敏化太阳能电池。其中，类水滑石的锌锡摩尔比为7～11:1，CdS量子点的吸附循环为9～13次，CdSe量子点的沉积一次。本发明的CdS/CdSe量子点敏化太阳能电池具有较好的光电转换效率，制备方法简单，成本低。

技术领域

本发明涉及一种基于锌锡类水滑石的CdS/CdSe量子点敏化太阳能电池光阳极、太阳能电池及其制备方法，属于太阳能电池技术领域。

背景技术

量子点敏化太阳能电池(Quantum dot-sensitized solar cells，QDSSCs)是一类新型的太阳能电池，因为有较高的理论效率而备受关注。受限于光阳极材料和电荷复合，其实际效率较低。2011年有文献报道，将Zn₂SnO₄纳米粒子用于量子点敏化太阳能电池的光阳极材料，利用化学浴沉积实现对Zn₂SnO₄电极的CdS量子点敏化，并优化了ZnS层，获得了0.228％的光电转换效率。其研究的目的是将含锌锡的三元氧化物Zn₂SnO₄应用于量子点敏化太阳能电池，但受限于Zn₂SnO₄本身的带隙、形貌和组分不可调控等，电池的光电转换效率较低。

CN103854869A公开了一种用于太阳能电池的锰铜掺杂CdS量子点敏化剂及其制备方法。该方法是将Mn和Cu杂质原子分别掺杂到CdS量子点中作为敏化剂，组装为量子点敏化太阳能电池。通过引入杂质原子Mn和Cu，在CdS的禁带内形成中间能级，增强光响应，从而提高太阳能电池的短路电流密度和光电转换效率，其短路电流密度为6.46mA cm^-2，光电转换效率可达1.02％。但掺杂形成的中间能级难以弥补CdS禁带较宽导致光吸收范围有限的缺陷，对电池短路电流密度和光电转换效率的提升较小。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种基于锌锡类水滑石的CdS/CdSe量子点敏化太阳能电池光阳极及其制备方法。采用锌锡类水滑石形成混合金属氧化物的多孔纳米半导体薄膜，采用CdS和CdSe依次敏化，克服了单敏化光吸收范围有限的缺点。

第二方面，本发明还提供一种基于锌锡类水滑石的CdS/CdSe量子点敏化太阳能电池及其制备方法。

第三方面，本发明还提供一种基于锌锡类水滑石的CdS/CdSe量子点敏化太阳能电池的应用。

本发明的技术方案如下：

一种基于锌锡类水滑石的CdS/CdSe量子点敏化太阳能电池光阳极，包括导电玻璃、半导体薄膜和依次负载在半导体薄膜上的CdS和CdSe量子点；其中，

所述半导体薄膜为由锌锡类水滑石煅烧后形成的混合金属氧化物的纳米多孔半导体薄膜，所述锌锡类水滑石中锌锡摩尔比为7～11:1；

所述依次负载在半导体薄膜上的CdS和CdSe量子点是先将半导体薄膜进行CdS量子点吸附循环8～14次，然后进行CdSe量子点沉积一次获得。

根据本发明优选的，所述依次负载在半导体薄膜上的CdS和CdSe量子点是先将半导体薄膜进行CdS量子点吸附循环9～13次，然后进行CdSe量子点沉积一次。所述CdSe量子点沉积时间3～5小时；最优选的，所述CdSe量子点沉积一次4小时。CdS和CdSe量子点吸附量的平衡十分重要，吸附量少导致光吸收不足，吸附量过多加剧电荷复合，两种量子点吸附量差距较大时，不利于兼顾提高光吸收和抑制电荷复合。