[发明专利]一种空心‑实心量子点共敏化太阳电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于太阳能电池技术领域，涉及一种空心-实心量子点共敏化太阳电池及其制备方法。具体地讲，涉及一种由相同化学组分构成的空心量子点和实心量子点共敏化的氧化物纳米晶太阳电池及其制备方法。

背景技术

太阳能由于具有“取之不尽、用之不竭”且环境友好、适用广泛等特点，最有可能替代化石燃料，成为人类未来的理想能源形式。目前，人们利用太阳能的主要方法之一是制造太阳电池，将太阳能直接转化成电能加以利用。

在种类繁多的太阳电池中，量子点敏化太阳电池由于具有原材料价格低廉、制备工艺简单和光电转化效率高等优势，受到了各国研究人员的广泛关注。此外，由于量子限域效应的存在，量子点的禁带宽度可以根据其微观形貌进行调节。这就意味着人们可以同时使用粒径相近但微观形貌不同的多种量子点对光阳极进行共敏化，以拓宽太阳电池的光吸收范围，提高电池的光电转化效率。

由于特殊的中空结构，空心量子点的量子限域效应得到增强。和粒径相近且化学组分相同的实心量子点相比，空心量子点具有较大的禁带宽度，能够吸收波长较短的太阳光。因此在量子点敏化太阳电池中同时利用空心和实心两种不同微观形貌的量子点作为光敏化剂，可以将太阳电池的光谱响应范围向短波光区拓展，从而增强电池对太阳光的响应范围，提高电池的光电转化效率。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种空心-实心量子点共敏化太阳电池及其制备方法，即在量子点敏化太阳电池中同时使用化学组分相同的空心和实心两种不同微观形貌的量子点作为光敏化剂。这两种不同微观形貌的量子点分别吸收不同波长的太阳光，拓宽了电池的光响应范围，提高了电池对太阳光的利用效率，从而增强了电池的光伏性能。

本发明的目的通过下述技术方案予以实现：

一种空心-实心量子点共敏化太阳电池，包括光阳极、电解液和对电极，其中：在光阳极中，采用空心量子点和实心量子点对设置在导电玻璃上的氧化物纳米晶多孔膜进行共敏化。

而且，电解液为均匀分散硫化钠和单质硫的甲醇溶液，其中硫化钠的摩尔浓度为0.1～0.3mol/L，单质硫的摩尔浓度为0.3～0.5mol/L。

而且，对电极为镀有铂的锡掺杂氧化铟导电玻璃或者镀有铂的氟掺杂氧化锡导电玻璃。

而且，空心量子点和实心量子点的化学成份一致，实心量子点的粒径为8～10nm；空心量子点的粒径为6～8nm，壁厚为2～3nm。

而且，空心量子点的化学成份为硫化镉、硒化镉、硫化锌、硒化锌、硫化铅或者硒化铅中的一种；实心量子点的化学成份为硫化镉、硒化镉、硫化锌、硒化锌、硫化铅或者硒化铅中的一种。

而且，导电玻璃为锡掺杂氧化铟导电玻璃或者氟掺杂氧化锡导电玻璃。

而且，氧化物纳米晶多孔膜为二氧化钛纳米晶多孔膜、氧化锌纳米晶多孔膜或者二氧化锡纳米晶多孔膜中的一种。

上述太阳电池的制备方法，按照下述方法进行制备：

步骤1，在导电玻璃上涂覆氧化物纳米晶浆料后烧结，以得到设置氧化物纳米晶多孔膜的导电玻璃；

而且，在步骤1中，导电玻璃为锡掺杂氧化铟导电玻璃或者氟掺杂氧化锡导电玻璃。

而且，在步骤1中，氧化物纳米晶为二氧化钛纳米晶、氧化锌纳米晶或者二氧化锡纳米晶中的一种。

而且，在步骤1中，制备氧化物纳米晶浆料时，氧化物纳米晶粉末0.2～0.5质量份(g)，聚乙二醇20000(即PEG20000)为0.2～0.5质量份(g)，质量百分数75％的硝酸1～2体积份(mL)，去离子水20～30体积份(mL)，研磨时间为20～40分钟，浆料涂覆于导电玻璃表面后，干燥时间20～30小时，在350℃～500℃下烧结20～40分钟。

步骤2，步骤1制备的设置氧化物纳米晶多孔膜的导电玻璃置于反应容器中并添加均匀分散量子点原料的水溶液形成量子点制备体系，量子点原料为金属可溶性盐、硫化钠或者硒代硫酸钠以及巯基乙酸；

而且，在步骤2中，金属可溶性盐为镉、锌或者铅的金属盐，所述镉的金属盐为硝酸镉、氯化镉或者乙酸镉二水合物中的一种，所述锌的金属盐为硝酸锌六水合物、氯化锌或者乙酸锌二水合物中的一种，所述铅的金属盐为硝酸铅、氯化铅或者乙酸铅三水合物中的一种；金属可溶性盐(镉、锌或者铅的金属盐)、硫化钠或者硒代硫酸钠和巯基乙酸的摩尔比为(0.1～0.5)：(0.3～1.0)：(1.0～5.0)，优选(0.1～0.5)：(0.5～1.0)：(1.0～3.0)。