[发明专利]一种利用表面等离子体共振效应提高量子点敏化太阳能电池效率的电池制备方法

说明书

本发明公开了一种利用表面等离子体共振效应提高量子点敏化太阳能电池效率的电池制备方法。以ITO玻璃为基底，通过180℃高温水热反应，生长TiO₂纳米棒阵列；利用瞬时纳米沉淀法制备金纳米粒子；通过连续离子层吸附与化学水浴法制备了TiO₂/CdS/CdSe/ZnS光阳极。最后，将金纳米粒子通过加热沸腾法耦合到量子点敏化太阳能电池中，效率大约增强了6.2%。优点是，将金纳米粒子掺杂进太阳能电池后，电池的光电流明显增大，光吸收明显得到了改善，光电转换效率得到了提升，对电池的性能有优化作用，同时为等离子体共振效应应用于一维纳米结构基量子点敏化太阳能电池提供了方向。

本发明属于量子点敏化太阳能电池领域，具体为一种利用表面等离子体共振效应提高量子点敏化太阳能电池效率的电池制备方法。

背景技术

由于工业的快速发展，我们的生活发生了巨大的变化，生活节奏加快，生活质量提高。现今人类对能源的耗损越来越多。然而传统的石油、煤炭、天然气等化石燃料满足不了人们对于能源日益增长的需求，不仅如此，传统的化石燃料所导致的环境污染也成为当今社会的现实问题。因此，新型环保能源的开发利用成为当今人类社会解决能源危机和环境污染问题的关键，世界各国开始广泛的找寻新型替代性能源。在各种新型替代性能源（如水能、风能、核能、生物能、潮汐能和太阳能等）已被大量开发利用。其中，太阳能作为一种新能源，有着取之不尽，绿色环保的优点，受到研究人员的广泛青睐，成为人类解决能源危机和环境污染问题的理想新型替代性能源。当今各类太阳电池材料的研发成果层出不穷，这些都预示着新型太阳电池相当广泛的应用前景。

太阳能是一种清洁无污染的绿色能源，不会产生能导致温室效应的温室气体，不会破坏生态环境，在环境污染日益严重的今天，这一点尤其引起人们的重视。太阳光照耀在地球的各个角落，因此对太阳能的利用几乎不受地域的限制，无论陆地海洋还是高原盆地，都有太阳能可以加以利用，而且不需要进行开采和输运，十分经济而且非常便捷。

近些年来，新起步的量子点敏化太阳能电池因为具有较低的生产成本和高的理论能量转换效率受到了科研工作者们的广泛关注。尽管在量子点敏化太阳能电池领域开展了大量的研究工作，迄今为止，其最高光电转换效率接近5%，依然远远落后于染料敏化太阳能电池报道的最高转换效率（~11.5%）。主要原因在于其器件结构尚需改善、光吸收尚需进一步增强、载流子复合问题尚需进一步解决。近年来，人们尝试在量子点敏化太阳能电池中引入一维纳米结构材料，期望利用纳米结构材料独特的光电特性提高量子点敏化太阳能电池的光电转换效率。在量子点敏化太阳能电池中，通常采用介孔的纳米颗粒薄膜作为其光阳极，分离后的光生电子在这些颗粒薄膜中采用一种“跳跃”的形式在纳米颗粒之间传输，这种传输方式会造成在纳米颗粒界面之间产生严重的复合，使得其光电转换效率难以提升。而一维纳米结构材料可以为光生电子提供直接的传输通道，通过在量子点敏化太阳能电池中引入一维纳米结构材料有望大幅度提高其光电转换效率。然而，就目前的研究现状而言，基于一维（1D）纳米结构的量子点敏化太阳能电池的性能并没有预期的好，主要是由于其较低的比表面积使得量子点的担载量较低。因此，增强光吸收是提高一维纳米结构基量子点敏化太阳能电池的有效途径。

因此，现在需要一种能够提升量子点敏化太阳能电池光电转换效率的方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用表面等离子体共振效应提高量子点敏化太阳能电池效率的电池制备方法。

本发明利用金属纳米粒子表面的等离子体共振效应实现了薄膜太阳能电池光电流的增强，利用单一类型的金纳米粒子来增强仅在特定的窄波长范围内的光吸收，金纳米颗粒注入到优化结构的太阳能电池中，光电转换效率提高了大约6.2%。

本发明所述的一种利用表面等离子体共振效应提高量子点敏化太阳能电池效率的电池制备方法主要包括六个部分：1、金纳米粒子的制备；2、TiO₂纳米棒的制备；3、TiO₂/CdS/CdSe/ZnS光阳极的制备；4、电解液的制备；5、对电极的制备；6、太阳能电池的组装；7、金纳米粒子耦合到太阳能电池表面。