[发明专利]硫硒化镉和硫硒化锌修饰的二氧化钛薄膜结构及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种硫硒化镉和硫硒化锌修饰的二氧化钛薄膜结构及制备方法，尤其涉及一种量子点敏化太阳能电池光阳极材料的制备。

背景技术

量子点(quantum dots，QDs)是三维尺寸小于或接近激子波尔半径，具有量子局限效应的准零维纳米粒子，可通过吸收一个光子能量产生多个激子，即多重激子效应(multiple exciton generation，简称MEG)，进而形成多重电荷载流子对，以更加有效地利用太阳能。根据美国物理学家Shockley和Queisser提出的S-Q极限模型，半导体PN结太阳能电池的光电转换效率极限为31％，然而以QD为光敏剂构筑的量子点敏化太阳能电池(Quantum dot sensitized solar cell，简称QDSC)，在MEG效应作用下，则能突破S-Q极限效率模型，具有更高的理论光电转换效率。并且，QDSC制造成本远低于硅太阳能电池。因此，QDSC被认为是极具发展潜力的新一代太阳能电池，成为世界范围内研究的热点之一。

与单一的CdS、CdSe、InP、PbSe QDs相比，CdS/CdSe共敏化体系用于QDSC中获得了更高的能量转换效率由于其通过引入CdS提高了CdSe量子点的吸附量从而增加了光俘获能量。然而，传统的制备方法中,先利用连续离子层交互吸附反应法(SILAR)吸附CdS QDs和化学浴沉积吸附CdSe QDs的方法制备光阳极的时间大于5h。而利用外接法制备的核壳结构CdS/CdSe过程需要隔绝空气，操作条件苛刻。

本发明采用连续离子层交互吸附反应的合成方法，通过控制S与Se的比例制备的CdS_xSe_1-x/ZnS_xSe_1-x QDs修饰二氧化钛薄膜结构，该结构既可以获得带隙可调的CdS_xSe_1-xQDs实现对光谱响应范围的调节，又可使ZnS_xSe_1-x有效降低CdS_xSe_1-x QDs的缺陷，减少电子-空穴复合。本实验合成方法使用同一Na₂S_xSe_1-x溶液合成ZnS_xSe_1-x与CdS_xSe_1-x QDs，节约了成本、简化了工序，将量子点吸附时间控制在1h内，极大地缩短了反应时间，提高了效率。同时，该结构的光阳极应用于量子点敏化太阳能电池可有效提高太阳能电池的转换效率。本发明涉及的纳米材料制备方法具有成本低廉、过程可控、重复性好等优点，可运用于太阳能电池光阳极材料，也可用于光催化领域。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种硫硒化镉和硫硒化锌修饰的二氧化钛薄膜结构及制备方法，该薄膜结构为TiO₂纳米颗粒为载体，在TiO₂颗粒表面吸附CdSSe合金量子点，之后吸附ZnSSe修饰量子点。采用丝网印刷或刮涂法制备TiO₂薄膜，采用连续离子层交互吸附反应法在TiO₂颗粒表面吸附CdSSe和ZnSSe。该结构设计的主要目的是通过调节S与Se的比例，一步法制备禁带宽度可调的CdSSe三元合金量子点实现对光谱响应的精确可控，同时利用ZnSSe对量子点进行修饰降低其表面缺陷。本发明所述方法具有简单快速、成本低廉、过程可控、重复性好等优点，可运用于太阳能电池光阳极材料，也可用于光催化领域。

本发明所述的一种硫硒化镉和硫硒化锌修饰的二氧化钛薄膜结构，该薄膜结构为硫硒化镉量子点修饰的TiO₂纳米颗粒，再用硫硒化锌修饰形成硫硒化镉/硫硒化锌异质结，其中TiO₂纳米颗粒为P25或是粒径可调20-400nm的TiO₂纳米颗粒，具体操作按下列步骤进行：

a、制备二氧化钛浆料：将P25或粒径可调20-400nm的TiO₂、松油醇和乙基纤维素按照2:7:1的比例混合，加入10mL无水乙醇，搅拌0.5h后，使用旋转蒸发仪移除无水乙醇，制得TiO₂浆料；