[发明专利]用于太阳电池的铋掺杂硫化铅/硫化镉共敏化剂制备方法

说明书

技术领域

本发明属于太阳能技术领域，更具体涉及以掺杂硫化铅量子点为主的一种用于敏化太阳电池的共敏化剂及制备方法。 

背景技术

太阳能由于清洁无污染、储量丰富且不受地域限制，被用于替代即将枯竭的化石能源，且能解决中国面临的低碳经济的冲击。在各类新型太阳电池中，染料敏化太阳电池(DSSC)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。作为DSSC的分支，量子点敏化太阳电池(QDSC)亦蓬勃发展(A.J.Nozik，A.J.Nozik／Physica E14(2002)115-120)。QDSC是将吸附了半导体量子点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-还原电解质形成三明治结构。半导体量子点吸收太阳光能，电子从基态跃迁到激发态，跃迁到激发态的电子快速注入紧邻的TiO₂导带中，量子点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形成回路产生光电流。量子点可以吸收一个高能光子产生多个电子，大大提高了量子产率。 

目前QDSC的短路电流密度很低，导致其总体性能较低。为了提高QDSC的短路电流，开展了一系列针对于QDSC中量子点的改性工作，其中PbS／CdS量子点共敏化被广泛研究，并在提高短路电流方面取得一定进展(Antonio Braga，J.Phys.Chem.Lett.2011，2，454-460)。同时对光阳极半导体量子点进行掺杂也是一种常用的有效方法，CN102163502A公开了一种在CdS量子点中掺杂Ca²⁺离子的方法，提高了CdS的导带能级，有利于电子的传输；(Pralay K.Santra，J.Am.Chem.Soc.2012，134，2508-2511)通过SILAR方法对CdS／CdSe中的CdS掺杂Mn，对电压有明显改善；(Jin-Wook Lee，Dae-Yong Son，Tae Kyu Ahn，Hee-Won Shin，SCIENTIFIC REPORTS｜3：1050｜DOI：10.1038／srep01050)通过SILAR方法对PbS掺杂Hg，对电流有所改善。但是，目前通过SILAR方法制备用于敏化太阳电池中的PbS／CdS共敏化剂中的PbS半导体量子点掺入主族金属元素——铋(Bi)元素来提高QDSC的短路电流的工作还未见报道。 

发明内容

为了克服上述的缺陷，本发明提供了一种用于敏化太阳电池的铋掺杂硫化铅／硫化镉量子点共敏化剂及制备方法。通过将PbS中掺入Bi杂质，改善PbS的吸光特性。Bi掺杂 PbS／CdS共敏化剂相对未掺杂的共敏化剂的吸光特性也存在改善，而且光电转换特性也明显增强，所以应用Bi掺杂PbS／CdS共敏化剂制备敏化太阳电池相对未掺杂敏化太阳电池的短路电流得到明显提高，进而提高了敏化太阳电池的能量转换效率。 

本发明是通过以下技术方案实施的： 

用于敏化太阳电池的铋掺杂硫化铅／硫化镉量子点共敏化剂及制备方法，该方法是将Bi杂质原子掺杂到PbS半导体量子点中再与CdS量子点形成Bi掺杂PbS／CdS共敏化剂后组装成量子点敏化太阳电池。 

所述方法的具体步骤为： 

1)配备浓度为0.01M-1M含有PbS半导体量子点中Pb²⁺离子的可溶性盐溶液，放在磁力搅拌器上面磁力搅拌30-60min； 

2)将含有Bi原子的可溶性盐溶液加入步骤1)配备的溶液中，其中作为杂质的Bi原子的可溶性盐与半导体量子点阳离子的可溶性盐的质量摩尔浓度比为1：1-1：1000； 

3)配备浓度为0.01M-1M含有CdS半导体量子点中Cd²⁺离子的可溶性盐溶液，放入20-50℃的水浴中恒温超声10-60min； 

4)配备浓度为0.01M-1M含有PbS及CdS半导体量子点中S^2-离子的可溶性盐溶液，放入20-50℃的水浴中恒温超声20-60min； 

5)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，取出用相应溶剂冲洗之后，用氮气吹干； 

6)将步骤5)得到的光阳极材料浸入步骤4)制备的阴离子溶液中1-10min，取出用相应溶剂冲洗之后，用氮气吹干，则在光阳极材料上形成Bi掺杂PbS半导体量子点层；