亞碲酸鉛量子點敏化太陽能電池及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于太陽能技術領域，更具體涉及一種用于太陽能電池的量子點敏化劑及其制備方法。
【背景技術】
[0002]近年來，人類社會正面臨著環境不斷惡化和能源日漸短缺的嚴重問題，能源危機已經愈演愈烈，然而現今的能源供給依然主要依賴于化石能源，隨著地球上化石燃料的逐漸耗盡及環境污染的日趨加重，人們不得不尋找新的可再生能源。安全可靠、無污染的太陽能無疑是人類未來能源發展的首選。因此，以太陽能作為新能源供應來源最受注目，從技術發展過程或未來前瞻性都受到各界密切的關注。通過光電效應直接把光能轉化為電能的裝置就是太陽能電池。在各類新型太陽能電池中，由于量子點具有量子限域效應、帶隙可調、多激子效應、高消光系數、制造成本低等特點,近年來用無機量子點替代有機染料作為光敏化劑的量子點敏化太陽能電池(Quantum dots-Sensitized Solar Cells,QDSCs)被廣泛研究。QDSCs是將吸附了量子點的寬禁帶半導體納米晶薄膜作為正極，表面鍍有一層鉬的導電玻璃作為對電極，正極和對電極之間加入氧化-還原電解質形成的。量子點吸收太陽光能，電子從基態躍遷到激發態，激發態上面的電子快速注入緊鄰的T12導帶，量子點中失去的電子很快從電解質中得到補償，進入T12導帶中的電子最終進入導電玻璃，然后通過外電路到對電極產生光電流。雖然QDSCs的轉換效率已經得到了極大的提高，但是其效率還是遠遠低于其30%的理論效率。為了進一步提高QDSCs的效率，有科研工作者將基于T12的η型QDSCs與基于N1的P型QDSCs串聯成一塊電池形成了疊層太陽能電池(Tandem SolarCells)。染料疊層太陽能電池的理論效率是43%，遠遠超過單結η型或P型DSSCs的理論效率，其開路電壓等于η型電池和P型電池開路電壓之和，短路電流是取決于光陽極和光陰極電流的最小者，這是由串聯電路的特點決定的。
[0003]然而量子點疊層太陽能電池的電流是由η型和P型QDSCs電流較小者決定，所以量子點敏化疊層太陽能電池的電流被較差的P型量子點敏化太陽能電池電流所束縛，致使量子點敏化疊層太陽能電池的高理論效率未能實現。(Rhee J.H., Lee Y.H., BeraP.Chemical Physics Letters，2009，477，345-348)用 Cu2S 敏化 p 型 N1 制備 QDSC 得到了260-360 μ A / cm2的短路電流密度和91_95mV的開路電壓，但是，目前用PbTeO3作為量子點敏化P型N1的工作還未見報道。
【發明內容】
[0004]為了提高基于P型N1的QDSCs的性能，本發明提供了一種用于太陽能電池的PbTeO3量子點敏化劑及其制備方法，使得P型QDSCs的短路電流密度、開路電壓和光電轉換效率有了較大程度的提升。
[0005]本發明是通過以下技術方案實施的:
亞碲酸鉛量子點敏化太陽能電池及其制備方法，該方法是通過SILAR法將PbTeO3量子點中作為敏化劑組裝成量子點敏化太陽能電池。
[0006]所述方法的具體步驟為:
1)配備濃度為0.01M-1M含有量子點陽離子的可溶性鹽溶液，放入20-50°C的水浴中恒溫 30_60min ；
2)配備濃度為0.01M-1M含有量子點陰離子的可溶性溶液，放入20-50°C的水浴中恒溫30_60min ；
3)將待敏化的寬禁帶半導體光陰極材料浸入步驟I)制備的溶液中Ι-lOmin，取出用相應溶劑清洗干凈，并用加熱臺干燥；
5)將步驟3)得到的光陽極材料浸入步驟2)制備的陰離子溶液中Ι-lOmin，取出用相應溶劑清洗干凈，并用加熱臺干燥，則在光陰極材料上形成PbTeO3量子點敏化劑層；
[0007]本發明的優點在于:將PbTeO3量子點作為敏化劑組裝成量子點敏化太陽能電池，通過改變電池光陰極的費米能級位置，從而使得電池的開路電壓得到較大程度的提高。在10mff / cm2的光強條件下，該太陽能電池的短路電流密度為0.352mA / cm2，開路電壓為111.3mV，光電轉換效率為0.0172%，比無PbTeO3量子點敏化的N1太陽能電池的開路電壓提高了 83.4%，光電轉換效率提高了 57.8%。
[0008]本發明將通過下面實例來進行舉例說明，但是，本發明并不限于這里所描述的實施方案，本發明的實施例僅用于進一步闡述本發明。對于本領域的技術人員對本發明的內容所進行的替代、改動或變更，這些等價形式同樣落入本申請所限定的范圍內。
【附圖說明】
[0009]圖1為PbTeO3量子點敏化的N1光陰極的紫外-可見吸收光譜圖；
圖2為無PbTeO3量子點敏化的N1和PbTeO3量子點敏化太陽能電池的J-V曲線；其中，A對應于無PbTeO3量子點敏化的N1太陽能電池，B對應于PbTeO3量子點敏化太陽能電池；
圖3為無PbTeO3量子點敏化的N1和PbTeO3量子點敏化太陽能電池的性能參數；
圖4為無PbTeO3量子點敏化的N1和PbTeO3量子點敏化太陽能電池的的光電轉化效率曲線；其中，C對應于無PbTeO3量子點敏化的N1太陽能電池，D對應于PbTeO3量子點敏化太陽能電池；
圖5為無PbTeO3量子點敏化的N1和PbTeO3量子點敏化太陽能電池的電化學交流阻抗譜；其中，E對應于無PbTeO3量子點敏化的N1電池，F對應于PbTeO3量子點敏化太陽能電池，插圖為電化學交流阻抗譜的等效電路。
【具體實施方式】
[0010]亞碲酸鉛量子點敏化太陽能電池及其制備方法，該方法是將PbTeO3量子點中作為敏化劑組裝成量子點敏化太陽能電池。
[0011]實施例1
亞碲酸鉛量子點敏化劑及其制備方法的具體步驟為:
1)配備濃度為0.0lM的Pb(NO3)2溶液，放入20-50°C的水浴中30_60min ；
2)配備濃度為0.0lM的Na2TeO3溶液，放入20_50°C的水浴中30_60min ； 3)將待敏化的光陰極材料N1浸入步驟I)制備的溶液中5min，取出用相應溶劑清洗干凈，并用加熱臺干燥；
4)將步驟3)得到的光陽極材料浸入步驟2)制備的Na2Te03溶液中5min，取出用相應溶劑清洗干凈，并用熱臺干燥，則在光陰極材料上形成了 PbTeO3量子點敏化劑層；
[0012]實施例2
亞碲酸鉛量子點敏化劑及其制備方法的具體步驟為:
1)配備濃度為0.05M的Pb(NO3)2溶液，放入20-50°C的水浴中30_60min ；
2)配備濃度為0.05M的Na2TeO3溶液，放入20_50°C的水浴中30_60min ；
3)將待敏化的光陰極材料N1浸入步驟I)制備的溶液中5min，取出用相應溶劑清洗干凈，并用加熱臺干燥；
4)將步驟3)得到的光陽極材料浸入步驟2)制備的Na2TeO3溶液中5min，取出用相應溶劑清洗干凈，并用熱臺干燥，則在光陰極材料上形成了 PbTeO3量子點敏化劑層；
[0013]實施例3
亞碲酸鉛量子點敏化劑及其制備方法的具體步驟為:
1)配備濃度為0.1M的Pb (NO3) 2溶液，放入20-50。V的水浴中30_60min ；
2)配備濃度為0.1M的Na2TeO3溶液，放入20_50°C的水浴中30_60min ；
3)將待敏化的光陰極材料N1浸入步驟I)制備的溶液中5min，取出用相應溶劑清洗干凈，并用加熱臺干燥；
4)將步驟3)得到的光陽極材料浸入步驟2)制備的Na2TeO3溶液中5min，取出用相應溶劑清洗干凈，并用熱臺干燥，則在光陰極材料上形成了 PbTeO3量子點敏化劑層。
【主權項】
1.一種用于太陽能電池的亞碲酸鉛量子點敏化劑，其特征在于所述方法是將亞碲酸鉛量子點作為敏化劑組裝成量子點敏化太陽能電池。
2.根據權利要求1所述的太陽能電池，其特征在于所述的太陽能電池為P型一氧化鎳量子點敏化太陽能電池。
3.根據權利要求1所述的亞碲酸鉛量子點敏化劑，其特征在于所述的量子點敏化方法為連續離子層吸附與反應(Successive 1nic layer adsorpt1n and react1n, SILAR)。
4.根據權利要求1所述的摻雜量子點敏化劑，其特征在于所述方法的具體步驟為: 1)配備濃度為0.0lM-1M含有量子點陽離子的可溶性鹽溶液，放入20-50°C的水浴中恒溫 30_60min ； 2)配備濃度為0.01M-1M含有量子點陰離子的可溶性溶液，放入20-50°C的水浴中恒溫30_60min ； 3)將待敏化的寬禁帶半導體光陰極材料浸入步驟I)制備的溶液中Ι-lOmin，取出用相應溶劑清洗干凈，并用加熱臺干燥； 4)將步驟3)得到的光陰極材料浸入步驟2)制備的陰離子溶液中Ι-lOmin，取出用相應溶劑清洗干凈，并用加熱臺干燥，則在光陰極材料上形成亞碲酸鉛量子點敏化劑層。
【專利摘要】本發明涉及一種用于太陽能電池的PbTeO3量子點敏化劑及其制備方法，該方法是將PbTeO3量子點作為敏化劑組裝成量子點敏化太陽能電池。通過改變光陰極費米能級的位置使電解液的氧化還原電位與光陰極的費米能級的差值增大，最終提高了太陽能電池的開路電壓以及光電轉換效率。此方法簡單，易于操作，成本低，可大面積制作。
【IPC分類】H01G9-20
【公開號】CN104779055
【申請號】CN201310634573
【發明人】鄒小平, 趙川, 何勝
【申請人】北京信息科技大學
【公開日】2015年7月15日
【申請日】2014年1月10日