[发明专利]铜铟掺杂硫化镉量子点敏化太阳能电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于太阳能技术领域，更具体涉及一种用于太阳能电池的掺杂量子点敏化剂及其制备方法。

背景技术

随着全球经济的迅速发展，人口的持续增长以及人类对能源的依赖性逐渐加深，能源危机和环境污染问题已成为21世纪人类面临的首要问题。面对全球石化能源日益枯竭，取之不尽用之不竭的太阳能无疑是人类未来能源发展的首选。因此，以太阳能作为新能源供应来源最受注目，从技术发展过程或未来前瞻性都受到各界密切的关注。通过光电效应直接把光能转化为电能的装置就是太阳能电池。在各类新型太阳能电池中，染料敏化太阳能电池(DSSCs)以低成本、制作工艺简单、相对较高的光电转换效率而成为研究热点(O’Regan，B.，M.，Nature，1991，353，737)。DSSCs是将吸附了染料的宽禁带半导体纳米晶薄膜作为正极，表面镀有一层铂的导电玻璃作为对电极，正极和对电极之间加入氧化-还原电解质形成的。染料分子吸收太阳光能，电子从基态跃迁到激发态，激发态上面的电子快速注入紧邻的TiO₂导带，染料中失去的电子很快从电解质中得到补偿，进入TiO₂导带中的电子最终进入导电膜，然后通过外电路到对电极产生光电流。然而，染料的稳定性还有待进一步的提高，而且价格也相对较高，所以采用价格便宜的窄禁带无机半导体量子点作为敏化剂，可以降低电池的成本，提高稳定性，这种电池称为量子点敏化太阳能电池(QDSSCs)。一般染料吸收一个光子最多产生一个电子，量子点可以由一个高能光子产生多个电子，大大提高量子产率(Nozik，A.J.，PhysicaE，2002，14，115)。

但是目前利用量子点敏化的太阳能电池QDSSCs，其总体表现还低于DSSCs。为了提高QDSSCs的光电转换效率，广泛开展了对QDSSCs的改性工作，其中对量子点进行掺杂也是一种常用的有效方法，CN 102163502A公开了一种在CdS量子点中掺杂了Ca杂质离子的方法，提高了CdS的导带，改善了CdS量子点在电极材料表面的吸附状况，抑制了暗电流的产生，提高了太阳能电池的短路电流和光电转换效率。另外，(Pralay K.Santra，J.Am.Chem.Soc.2012，134，2508-2511)通过SILAR方法将Mn²⁺掺入到CdS量子点中，在CdS的禁带间引入中间能级增加光响应，提高了太阳能电池的短路电流、开路电压和光电转换效率。但是，目前通过SILAR方法对CdS量子点掺杂Cu，然后再对CdS量子点掺杂In共同作为敏化剂来提高太阳能电池的性能参数的工作还未见报道。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种用于太阳能电池的铜铟掺杂CdS量子点敏化剂及其制备方法，以此改性CdS半导体量子点的光电特性，在CdS量子点间形成了阶梯能级，使得电子能够更加有效地在量子点间传输，电子空穴可以更加快速有效地分离，进而提高了太阳能电池的短路电流和光电转换效率。

本发明是通过以下技术方案实施的：

铜铟掺杂硫化镉量子点敏化太阳能电池及其制备方法，该方法是先将Cu掺杂到CdS中，然后再将In掺杂到CdS中形成量子点敏化剂组装成太阳能电池。

所述方法的具体步骤为：

1)配备浓度为0.01M-1M含有半导体量子点阳离子的可溶性盐溶液，放入20-50℃的水浴中恒温30-60min；

2)将含有Cu杂质原子的可溶性盐溶液加入步骤1)配备的阳离子溶液当中，其中杂质原子与半导体量子点原子个数之比为1∶1-1∶1000；

3)配备浓度为0.01M-1M含有半导体量子点阴离子的可溶性溶液，放入20-50℃的水浴中恒温30-60min；

4)将待敏化的宽禁带半导体光阳极材料浸入步骤2)制备的溶液中1-10min，取出用相应溶剂清洗干净，并用氮气吹干；

5)将步骤4)得到的光阳极材料浸入步骤3)制备的阴离子溶液中1-10min，取出用相应溶剂清洗干净，并用氮气吹干，则在光阳极材料上形成Cu掺杂的CdS半导体量子点敏化剂层；

6)配备浓度为0.01M-1M含有半导体量子点阳离子的可溶性盐溶液，放入20-50℃的水浴中恒温30-60min；

7)将含有In杂质原子的可溶性盐溶液加入步骤6)配备的阳离子溶液当中，其中杂质原子与半导体量子点原子个数的比为1∶1-1∶100；

8)将步骤5)制得的Cu掺杂的CdS量子点敏化光阳极材料浸入步骤7)制备的溶液中1-10min，取出用相应溶剂清洗干净，并用氮气吹干；