[发明专利]CdS、CdSe量子点分段复合敏化双层ZnO纳米棒光阳极的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于太阳能利用技术领域，具体涉及CdS、CdSe量子点分段复合敏化双层ZnO纳米棒光阳极的制备方法。

背景技术

近年来，随着人们对能源的需求不断增加和石化燃料储量的持续减少，寻找一种新的来源丰富、绿色环保的替代能源已成为目前科研的重要课题之一。太阳能作为一种取之不尽的天然能源日益受到全世界的关注，尤其是把太阳能直接转化为电能的太阳能电池研究已成为目前研究的热点。

量子点敏化太阳能电池(QDSSC)是上世纪90年代出现的第三代太阳能电池，即利用窄禁带的无机半导体量子点(QD)敏化宽禁带的基底材料。量子点相对于染料有很大的优势，一方面，其具有量子限域效应，可以通过控制其尺寸和形状来调节量子点的带隙宽度，以此来调节吸收光谱的范围；另一方面，半导体量子点具有激子倍增效应(MEG)，一个高能量的光子激发半导体量子点，可以产生多个电子-空穴对(见A.Shabaev，Al.L.Efros，A.J.Nozik，NANO LETTE

-RS，2006，6，第22856-22863页)。如果将半导体量子点的此两大优点应用到太阳能电池中，QDSSC效率的理论值可达到44％(M.C.Hanna，A.J.Nozik，Appl.Phys.2006，100，074510)，比晶体硅太阳能电池的理论值32.9％高很多。因此，不论是在成本还是在应用上，QDSSC的发展的潜力是巨大。

目前，量子点敏化ZnO纳米棒光阳极的结构主要有两种：第一种是核壳结构共敏ZnO纳米棒，这种结构需要两种半导体量子点的带隙形成阶梯型(壳层量子点的价带和导带高于核层量子点的价带和导带)；第二种是单敏化ZnO纳米棒，这种结构需要较长的ZnO纳米棒。以上的两种结构都有其自身的优缺点：第一种结构的优点是量子点的配对使用可以增强光的吸收范围，从而提高电池的光电转换效率，但是此种结构需要的是带隙呈阶梯型的半导体量子点配对使用，这就大大限制了量子点的选取种类，其次由于核层敏化剂不利于壳层敏化剂产生的光激发电子快速地传输到基底，从而增大了电子-空穴的复合机率，降低电池的效率；第二种结构的优点是利用大的表面积吸附更多的量子点增大光的吸收强度，从而提高电池的光电转换效率，此种结构需要较长的、比表面积大的ZnO纳米棒吸附量子点，而在较长纳米棒的生长过程中，纳米棒的底部会发生的粘连，长度增加表面积的同时粘连又减少了表面积。对于这两种结构优缺点的综合，如果能克服其缺点，继承两者的优点，那么量子点敏化电池的效率就有可能得到大幅度的提高。

发明的内容

本发明的目的在于针对核壳结构共敏的核层不利于电子传输，核壳结构对半导体量子点敏化剂配对要求高和单敏中较长纳米棒生长底部发生粘连的问题，提出CdS、CdSe量子点分段复合敏化双层ZnO纳米棒光阳极的制备方法。

为了达到上述的目的，本发明采用的技术方案是：

1)ZnO种子层制备

首先配制5mmol/L醋酸锌的乙醇溶液，以ITO导电玻璃为基底，将醋酸锌的乙醇溶液旋涂在ITO导电玻璃基底上，然后在马弗炉中在300℃热处理20分钟，重复旋涂、热处理2次；最后将其放入炉中以3℃/min速率升温到400℃退火0.5-1小时，制得ZnO种子层；

2)第一层ZnO纳米棒的生长

在磁力搅拌下分别配制0.025mol/L六次甲基四胺和0.0125mol/LZn(NO₃)₂的溶液各15ml，首先将Zn(NO₃)₂溶液缓慢的加入六次甲基四胺溶液；接着将0.1ml分子量为600的聚乙烯亚胺逐滴加入；待聚乙烯亚胺完全分散后，取0.7ml质量浓度为25-28％的氨水逐滴加入；然后逐滴加入HNO₃调节PH至9.3，制得ZnO纳米棒的生长液；最后将生长液转移到提前预热好的反应釜中，将ZnO种子层插入生长溶液，在烘干箱中以87℃生长5-10小时得ZnO纳米棒；

3)CdS量子点的沉积

分别配制50mmol/L的Na₂S和50mmol/L的Cd(NO₃)₂的甲醇溶液，并准备对应的甲醇为清洗液；再采用SILAR法将ZnO纳米棒依次浸入Na₂S的甲醇溶液、甲醇、Cd(NO₃)₂的甲醇溶液、另一甲醇中重复多次，在ZnO纳米棒表面反应生成CdS量子点；