[发明专利]一种氧化锌基太阳能电池电极的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能电池制备方法，尤其涉及氧化锌基太阳能电池制备方法。

背景技术

光伏发电是国际上公认的解决能源短缺与环境污染问题的有效途径之一。为使光伏发电能够成为未来能源的重要组成部分，其关键是要将光伏发电成本降到与常规能源相当。因此，低成本，高效率太阳能电池的研究则非常重要。

目前，使用硅材料制备的太阳能电池由于本身材料的带隙的限制，导致其光电转换效率低，最高光电转换效率也只有17%。而且硅基太阳能电池制造工艺复杂、材料要求苛刻且价格昂贵，对目前市场的推广起到很大的制约作用。染料太阳能电池作为一种新型的太阳能电池，近些年发展很迅速，并且取得了大量的研究成果。目前现有的染料敏化太阳能电池，成本低，制备工艺简单，但其对太阳光谱的吸收仅限于可见光部分很窄的一个区域，很大一部分近红外太阳光不能很好的被利用。

氧化锌作为一种多功能材料,因其室温下的禁带宽度大（3.37eV）,激子束缚能为60mV， 在很多领域已有广泛的应用;例如, 可以作为压电材料、透明导电薄膜、薄膜型气敏传感器、发光材料、表面声波元件、异质结激光二极管、紫外激光器以及短波长的显示器件等等。此外，氧化锌薄膜具有高透明性特征，其透射率最高可达95%以上。因此，使用氧化锌薄膜作为光阳极不会阻挡太阳光照射到吸收层，同时，氧化锌除了具有很宽的带隙还具有其他优点可作为量子点太阳能电池的光阳极。比如氧化锌中电子的迁移率远大于Ti02，更有利于电子的传输；氧化锌比较容易制备成纳米线，制备方法简单、廉价。CdSe纳米半导体材料在可见光区具有优良的光学吸收性能，而且其导带能级比ZnO的导带能级更负，因此当光激发CdSe时产生的光生电子能有效地转移到ZnO的导带从而实现光生电子空穴的有效分离。此外，CdSe作为无机半导体材料还具有大的消光系数及优良的(光)化学稳定性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备工艺简单的太阳能电池电极，并且降低电荷复合几率，改善电极的光电转换性能，提高染料敏化太阳能电池的转化效率。

本发明的技术方案为：

一种氧化锌基太阳能电池电极的制备方法，其特征在于：以宽禁带半导体纳米棒为基底，在该基底上通过具有双官能基的有机分子吸附无机量子点光敏化剂， 制备方法包括以下步骤：

（1）制备油酸包覆CdSe量子点，具体为：以油酸作为配体，十八碳烯作非配位溶剂，溶解单体氧化镉形成镉前体溶液；硒粉为硒源，三正辛基膦为溶剂，十八碳烯为高温反应溶剂，形成硒的前体溶液；将镉前体溶液加热到230°C -290°C，并将硒的前体溶液快速注入镉前体溶液中，制备出油酸包覆CdSe量子点；其中单体氧化镉与硒粉的质量比为2:5-5:1，单体氧化镉与溶剂十八碳烯的质量比为10:1-11:1，硒粉与溶剂三正辛基膦的质量比为6:5-4:1；

（2）制备双功能基的有机分子包覆CdSe量子点，具体为：将含有的油酸包覆CdSe量子点的甲苯溶液与双功能基的有机分子混合，室温下搅拌后放置在离心机上离心后倒出上清夜；将所得沉淀物溶解在乙醇溶液中，最后加入含有四甲基氢氧化铵的甲醇溶液得到双功能基的有机分子包覆CdSe量子点的清澈溶液；其中含有油酸包覆CdSe量子点的甲苯溶液与具有双功能基的有机分子溶液的体积比为5:100-50:100；

（3）氧化锌纳米棒的制备，具体为：采用两步法制备ZnO纳米棒，即通过超声喷雾热分解法或磁控溅射法或者溶胶凝胶法沉积ZnO籽晶层在掺F的氧化锡SnO₂玻璃衬底上,然后将该衬底浸入含有硝酸锌和含有环六亚甲基四胺溶液中，然后将溶液保持在95°C恒温水浴槽中静置12小时，生长ZnO纳米棒； 

（4）纳米棒吸附光敏化剂，具体为：ZnO纳米棒长成后，用O₂等离子体处理2-4分钟后，将带有ZnO纳米棒透明玻璃浸入含有修饰的CdSe量子点的溶液中。

（5）制备太阳能电池，具体为：加入电解液以及对电极，形成氧化锌基纳米棒敏化无机量子点的太阳能电池。

步骤（1）中镉前体溶液是在140°C-180°C范围经高温反应获得。

步骤（1）中硒的前体溶液注入的时间为40秒内。

步骤（2）中所使用的具有双功能基的有机分子为的3-巯基丙酸MPA或者巯基乙酸TGA中的一种。

步骤（2）中搅拌时间为30-40分钟，离心时间为5分钟，转速为3500-4500转/分。

步骤（4）中用O₂等离子体处理时间为2分钟。