[发明专利]一种PbS量子点敏化TiO2薄膜的制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种PbS量子点敏化TiO₂薄膜的制备方法及其应用，首先将TiO₂薄膜浸入0.1‑0.8M乙酸铅、0.1‑0.8M亚硫酸钠和0.2‑1.6M氨三乙酸三钠的混合溶液中，在避光、20‑60℃条件下静置20‑180min；然后将处理后的薄膜浸入0.1‑1M的硫化钠溶液中，静置1‑10min，获得PbS量子点敏化TiO₂薄膜。本发明PbS量子点敏化TiO₂薄膜可以作为光阳极与多硫电解质和硫化亚铜对电极结合组装成光伏器件。本发明制备所得PbS量子点尺寸均一、分布均匀，能够改进传统PbS量子点的缺陷，增进电荷传输，减小电荷复合，提高器件光电转换效率。

技术领域

本发明涉及一种PbS量子点敏化TiO₂薄膜的制备方法及其应用，属于光伏技术领域。

背景技术

在众多新型替代能源之中，太阳能以其取用不尽、绿色清洁的优势而受到业界关注。利用太阳能电池可将太阳能转换为电能以供社会生活、工业生产等使用。根据太阳能电池发展阶段及器件结构，可将其主要划分为第一代硅晶太阳能电池(单晶硅、多晶硅、非晶硅)、第二代薄膜太阳能电池(铜铟镓硒、碲化镉、砷化镓等)以及第三代纳米晶太阳能电池(染料敏化、量子点敏化等)。众多太阳能电池各具优点与劣势。比如，硅基太阳能电池发展相对成熟，商业化程度较高，但其在生产制备过程中能耗较高。最近齐军突起的钙钛矿太阳能电池在光电转换效率与器件制备方面极具优势，而其稳定性很差，目前尚难实现产业化。近年来，量子点太阳能电池作为一种新型第三代太阳能电池备受瞩目。量子点作为光敏剂，具有量子尺寸效应、多激子产生效应、吸收系数大等诸多优势，其理论光电转换效率高达44％，发展潜力巨大。然而，目前量子点光伏器件的光电转换效率还有待进一步提高。

硫化铅(PbS)量子点是一种光电性能优异、发展潜力巨大的量子点光敏剂。其禁带宽度窄(体材料约为0.41eV)，能够将光谱吸收范围拓宽至近红外光区域，提高光子捕获效率；其激子玻尔半径(18nm)，实现多激子产生效应的可能性较大。研究结果也表明PbS量子点太阳能电池具有很高的光电流密度(G.H.Carey et al,Phys.Chem.Rev.2015,115,12732-12763； J.W.Lee et al,Sci.Rep.2013,3,1050)。目前，PbS量子点的制备方法主要分为两类：1)通过热注射法合成胶体量子点，继而借助双功能分子连接剂将其吸附在氧化物表面或利用旋涂工艺制备量子点薄膜；2)利用连续离子层吸附与反应(SILAR)法在氧化物薄膜表面原位生长 PbS量子点。但是，这两种方法都存在一定缺陷。比如，第一种方法中PbS量子点在氧化物薄膜上的吸附率较低，且表面配体不利用电荷传输；第二种方法制备所得量子点颗粒尺寸分布范围大，表面缺陷多。故亟需探索更为合适的PbS量子点制备方法以构筑高效太阳能电池。

发明内容

本发明的目的是提供一种PbS量子点敏化TiO₂薄膜的制备方法及其应用。本方法简单易操作，可以在TiO₂薄膜上获得粒径均匀的高质量PbS量子点，增进电荷传输、减小电荷复合，从而提升器件光伏性能。

本发明PbS量子点敏化TiO₂薄膜的制备方法，包括如下步骤：

步骤1：分别配制摩尔浓度为0.1-0.8M的乙酸铅(Pb(CH₃COO)₂)水溶液、0.1-0.8M的亚硫酸钠(Na₂SO₃)水溶液以及0.2-1.6M的氨三乙酸三钠(N(CH₂COONa)₃)水溶液，然后将三种溶液等体积混合并搅拌均匀，获得前驱液；

步骤2：将TiO₂薄膜浸入步骤1配制的前驱液中，在避光、20-60℃条件下静置20-180min，取出后用去离子水冲洗以除去多余离子，并用空气压缩机生成的压缩空气将其吹干；