[发明专利]锰铟掺杂硫化镉量子点敏化剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于太阳电池技术领域，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电池。在各类新型太阳电池中，染料敏化太阳电池（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., Gr?tzel,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电池 （QDSCs）。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）。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种锰铟掺杂硫化镉量子点敏化剂的制备方法，以此改善CdS半导体量子点的光电特性，增加电池的光谱吸收范围和光谱强度，降低暗电流的产生，最终提高了太阳电池的短路电流和光电转换效率。

为实现上述目的，本发明锰铟掺杂硫化镉量子点敏化剂的制备方法，对CdS量子点掺杂Mn，然后再对CdS量子点掺杂In共同作为敏化剂组装成量子点敏化太阳电池。

进一步，所述掺杂的方法为连续离子层吸附与反应法：Successive ionic layer adsorption and reaction，SILAR。

进一步，所述Mn杂质原子和In杂质原子分别掺入所述CdS量子点中形成的敏化剂层结构为：Mn掺杂CdS/In掺杂CdS。

进一步，所述制备方法的具体步骤为：

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Mn杂质原子的可溶性盐溶液加入步骤1）配备的阳离子溶液中，其中杂质原子与半导体量子点原子个数之比为1:1-1:100；

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，并吹干，则在光阳极材料上形成Mn掺杂的CdS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Mn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，并吹干；

9）将步骤8）制得的光阳极浸入步骤3）制备的阴离子溶液中1-10min，取出用相应溶剂清洗干净，并吹干，则在光阳极上形成了Mn掺杂CdS和In掺杂CdS敏化剂层。

进一步，所述步骤4）、步骤5）、步骤8）、步骤9）中均采用氮气吹干处理。

进一步，所述步骤1）中制备的可溶性盐溶液为Cd(NO₃)₂溶液和Na₂S溶液。

进一步，所述步骤2）中含有Mn杂质原子的可溶性盐溶液为C₄H₆MnO₄溶液。