[发明专利]一种量子点染料共敏化太阳能电池及其制备方法

权利要求书

1.一种量子点染料共敏化太阳能电池，包括光阳极、光阴极和介于二者之间的电解液，其特征在于：所述光阳极由n型半导体TiO₂与吸附在其表面的染料分子构成；光阴极由p型量子点构成；电解液由Na₂S、单质S和氢氧化钠溶于去离子水制得；由吸附于光阳极二氧化钛表面的染料分子吸收入射到电池的可见光部分，光生电子注入到二氧化钛导带，并通过外电路回到电池的光阴极；光阴极上量子点吸收近红外、红外光后，光生电子将电解质中氧化态离子还原，而量子点的空穴由电极上电子补充；电解质中还原态离子回到光阳极将电子注入染料的HOMO能级，完成一个循环。

2.如权利要求1所述的一种量子点染料共敏化太阳能电池，其特征在于：光阳极TiO₂采用粒径为20nm到25nm的P25或者20nm到25nm的锐钛矿二氧化钛；染料使用N3金属配合物染料、N719金属配合物染料、D2卟啉类染料或YD2-o-C8卟啉类染料。

3.如权利要求1所述的一种量子点染料共敏化太阳能电池，其特征在于：光阴极p型量子点使用p型半导体或可通过表面处理而表现出p型半导体性质的半导体材料。

4.如权利要求3所述的一种量子点染料共敏化太阳能电池，其特征在于：光阴极p型量子点使用PbS、Cu₂S或CdS。

5.如权利要求1所述的一种量子点染料共敏化太阳能电池的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

（1）光阳极的制备

将TiO₂纳米颗粒与乙基纤维素混合，其中TiO₂纳米颗粒的质量分数为50%-80%，在混合物中加入曲拉通和乙醇，其中每1g混合物中加入0.5-3mL曲拉通，每1g混合物中加入3-10mL乙醇；通过搅拌和超声使混合物充分混合均匀制成TiO₂浆料；使用玻璃棒将TiO₂浆料涂覆于导电玻璃上，然后450~550^oC煅烧，制得TiO₂纳米颗粒薄膜；膜厚控制在15~20微米，将此薄膜浸泡在0.5mM染料溶液中10~24小时；

（2）光阴极的制备

使用化学溶液法制备半导体量子点，量子点尺寸在3~8nm；将量子点配成浓度为0.1~5mg/mL的溶液，溶剂采用甲苯、乙醇或者水；将量子点溶液均匀旋涂于导电玻璃表面，旋涂速度为500~8000转/分；多次旋涂，控制量子点层厚度为500nm到5μm；将制备好的量子点层在450~550^oC煅烧半小时；

（3）电解液的制备

将硫化钠、单质硫和氢氧化钠溶解于去离子水中，配置电池的电解液；电解液中硫化钠的浓度为0.1~2M；单质硫的浓度为0.1~2M；氢氧化钠浓度为0~1M；

（4）组装电池

将步骤一和步骤二制得的光阳极和光阴极使用20~60微米的沙林膜封装在一起，使光阳极二氧化钛膜和光阴极量子点膜相对，电解液填充在二者之间。