一種量子點敏化太陽能電池對電極的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及化學太陽能電池新材料領域，尤其是涉及量子點敏化太陽能電池對電極的制備方法。
【背景技術】
[0002]量子點敏化太陽能電池是一種新型化學太陽能電池，以無機半導體化合物量子點材料為敏化劑，工作原理與染料敏化太陽能電池相似。具有低成本、制備工藝簡單及環境友好等特點，因此具有良好的應用前景，有望替代現有高成本太陽能電池。
[0003]對電極是量子點敏化太陽能電池的關鍵組成部分，對電解質中氧化還原電對如硫離子/硫氧化還原電對的氧化還原循環過程起催化作用。量子點敏化太陽能電池對電極性能的優劣主要由對電極材料的形貌、比表面積、導電性能等決定。目前廣泛使用的硫化亞銅對電極是將銅金屬箔片浸泡在含硫離子/硫氧化還原電對的電解質中直接生成。該類對電極由于銅在電解質中會被持續腐蝕，所生成的硫化亞銅層厚度不斷增大，導電性能下降，導致量子點敏化太陽能電池的光電性能和長期穩定性也隨之下降。另一常用的硫化亞銅-石墨烯復合對電極存在催化材料與導電基體結合不牢固，接觸電阻過大，穩定性差等問題。
[0004]因此，用簡單方法制備一類穩定、高效的對電極是量子點敏化太陽能電池走向實用化的關鍵技術。金和銅系硫族化合物材料可用于制備高效量子點敏化太陽能電池對電極，量子點尺度的金和銅系硫族化合物材料由于具有更高的比表面積，其催化活性將進一步提高;將金與銅系硫族化合物量子點復合形成的量子點復合材料或團聚體可使這些量子點材料更加穩定，同時減少金用量可降低制備成本。
[0005]有鑒于此，發明人在經過一系列的研究和試驗的基礎上，開發出一種量子點敏化太陽能電池對電極的新型制備方法，本案由此產生。
【發明內容】
[0006]本發明的目的在于提供一種量子點敏化太陽能電池對電極的制備方法，其方法簡單，且可為高效、穩定的量子點敏化太陽能電池的制備提供優異的對電極材料。
[0007]為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案:
[0008]—種量子點敏化太陽能電池對電極的制備方法，制備步驟如下:
[0009]第一步，將市售均含油酸或油胺穩定劑的金量子點和銅系硫族化合物量子點分別分散到同一種非極性溶劑中，分別得到濃度為0.01-0.lmol/L的金量子點油相溶液和濃度為0.01-0.1mo I /L的銅系硫族化合物量子點油相溶液;其中，所述各量子點的粒徑均為I _7nm，所述非極性溶劑為環己烷、甲苯、庚烷或辛烷；
[0010]第二步，將上述金量子點油相溶液與上述銅系硫族化合物量子點油相溶液按體積比1/9-9/1混合均勻，往得到的量子點油相混合液中加入相當于量子點油相混合液2-10倍體積的極性憎溶劑使金量子點和銅系硫族化合物量子點共沉淀出來，形成金-銅系硫族化合物量子點團聚體;其中，極性憎溶劑為乙醇、甲醇或丙酮；
[0011]第三步，將此金-銅系硫族化合物量子點團聚體涂敷到導電玻璃上，經氬氣氣氛下400-500°C熱處理30-60min形成量子點敏化太陽能電池對電極。
[0012]上述第一步中，所述銅系硫族化合物量子點采用硫化銅量子點、硫化亞銅量子點、砸化銅量子點、砸化亞銅量子點、碲化銅量子點、碲化亞銅量子點中的一種。
[0013 ]所述銅系硫族化合物量子點采用硫化銅量子點或砸化銅量子點。
[0014]上述第二步中，作為對電極催化材料的所述金-銅系硫族化合物量子點團聚體是從混合均勻的所述量子點油相混合液中添加所述極性憎溶劑后共沉淀出來，形成粒徑為
0.1-0.5μηι的球形結構團聚體。
[0015]采用上述方案后，本發明制備方法簡單，對電極由高催化活性的金量子點和銅系硫族化合物量子點材料的油相分散液與極性憎溶劑作用共沉淀析出，形成具有球形結構的亞微米團聚體。這種亞微米團聚體可使量子點催化材料更加穩定，同時保持了量子點催化材料的高催化活性，為高效、穩定的量子點敏化太陽能電池的制備提供優異的對電極材料。本發明所制備的對電極材料具有穩定的電化學性能，經過1000次以上循環伏安測試，曲線形狀不變;經過1000次以上阻抗測試，交換電阻值不超過5 Ω.cm2。本發明所制備的對電極所組裝的量子點敏化太陽能電池，光電性能和穩定性超過傳統金對電極和氧化亞銅對電極，有效解決了傳統量子點敏化太陽能電池對電極不穩定的問題。此外，本發明產品也可用于制備鈣鈦礦太陽能電池。
【具體實施方式】
[0016]實施例一:
[0017]本發明一種量子點敏化太陽能電池對電極的制備方法，制備步驟如下:
[0018]第一步，將市售均含油酸穩定劑且粒徑均為5nm的金量子點和硫化亞銅量子點分別分散到10mL庚烷中，分別形成濃度為0.05mol/L的金量子點庚烷溶液和濃度為0.05mol/L的硫化亞銅量子點庚烷溶液；
[0019]第二步，將30mL濃度為0.05mol/L的金量子點庚烷溶液與70mL濃度為0.05mol/L的硫化亞銅量子點庚燒溶液混合均勻，往得到的量子點油相混合液中加入200mL丙酮，使金量子點和硫化亞銅量子點共沉淀出來，形成粒徑為0.1-0.5μηι球形金-硫化亞銅量子點團聚體；
[0020]第三步，將0.1g金-硫化亞銅量子點團聚體分散在1mL乙醇中，得到金-硫化亞銅量子點團聚體的乙醇分散液，將此乙醇分散液涂敷到導電玻璃上，經450 °C氬氣氣氛下熱處理30min形成厚度為0.5-5μπι的量子點敏化太陽能電池對電極。
[0021 ]本實施例所制備的金-硫化亞銅量子點團聚體對電極材料經過1000次以上循環伏安測試，曲線形狀不變;經過1000次以上阻抗測試，交換電阻數值保持在4.3Ω.Cm2。將該對電極與CdS/CdSe共敏化二氧化鈦納米晶光陽極及2mol/L他25和211101/1 S的水溶液電解質組裝量子點敏化太陽能電池，在AM 1.5和10mW.cm—2標準太陽光下測試，光電轉換效率達到5.4%。
[0022]實施例二:
[0023]本發明一種量子點敏化太陽能電池對電極的制備方法，制備步驟如下:
[0024]第一步，將市售均含油胺穩定劑且粒徑為3nm的金量子點和砸化銅量子點分別分散到10mL甲苯中，分別形成濃度為0.05mol/L的金量子點甲苯溶液和濃度為0.05mol/L的砸化銅量子點甲苯溶液；
[0025]第二步，將40mL濃度為0.05mol/L的金量子點甲苯溶液與60mL濃度為0.05mol/L的砸化銅量子點甲苯溶液混合均勻，往得到的量子點油相混合液中加入200mL甲醇，使金量子點和砸化銅量子點共沉淀出來，形成粒徑為0.1-0.5μηι球形金-砸化銅量子點團聚體；
[0026]第三步，將0.1g金-砸化銅量子點團聚體分散在1mL乙醇中，得到金-砸化銅量子點團聚體的乙醇分散液，將此乙醇分散液涂敷到導電玻璃上，經350 °C氬氣氣氛下熱處理45min形成厚度為0.5-5μπι的量子點敏化太陽能電池對電極。
[0027]本實施例所制備的金-砸化銅量子點團聚體對電極材料經過1000次以上循環伏安測試，曲線形狀不變;經過1000次以上阻抗測試，交換電阻數值保持在3.7Ω.cm2。將該對電極與CdS/CdSe共敏化二氧化鈦納米晶光陽極及2mol/L他23和211101/1 S的水溶液電解質組裝量子點敏化太陽能電池，在AM 1.5和10mW.cm—2標準太陽光下測試，光電轉換效率達到5.5% 0
[0028]實施例三:
[0029]本發明一種量子點敏化太陽能電池對電極的制備方法，制備步驟如下:
[0030]第一步，將市售含油胺穩定劑的粒徑為6nm的金量子點和含油酸穩定劑的粒徑為4nm的碲化銅量子點分別分散到10mL環己烷中，分別形成濃度為0.05mol/L的金量子點環己烷溶液和濃度為0.05mol/L的碲化銅量子點環己烷溶液；
[0031 ] 第二步，將60mL濃度為0.05mol/L的金量子點環己烷溶液與40mL濃度為0.05mol/L的碲化銅量子點環己烷溶液混合均勻，往得到的量子點油相混合液中加入200mL乙醇，使金量子點和碲化銅量子點共沉淀出來，形成粒徑為0.1-0.5μηι球形金-碲化銅量子點團聚體；
[0032]第三步，將0.1g金-碲化銅量子點團聚體分散在1mL乙醇中，得到金-碲化銅量子點團聚體的乙醇分散液，將此乙醇分散液涂敷到導電玻璃上，經300 °C氬氣氣氛下熱處理30min形成厚度為0.5-5μπι的量子點敏化太陽能電池對電極。
[0033]本實施例所制備的金-碲化銅量子點團聚體對電極材料經過1000次以上循環伏安測試，曲線形狀不變;經過1000次以上阻抗測試，交換電阻數值保持在1.8 Ω.cm2。將該對電極與CdS/CdSe共敏化二氧化鈦納米晶光陽極及2mol/L他23和211101/1 S的水溶液電解質組裝量子點敏化太陽能電池，在AM 1.5和10mW.cm—2標準太陽光下測試，光電轉換效率達到5.1% 0
[0034]以上僅為本發明的較佳實施例，并非對本發明的保護范圍的限定，凡依本案的設計思路所做的等同變化，均落入本案的保護范圍。
【主權項】
1.一種量子點敏化太陽能電池對電極的制備方法，其特征在于，制備步驟如下: 第一步，將市售均含油酸或油胺穩定劑的金量子點和銅系硫族化合物量子點分別分散到同一種非極性溶劑中，分別得到濃度為0.01-0.lmol/L的金量子點油相溶液和濃度為0.01-0.lmol/L的銅系硫族化合物量子點油相溶液;其中，所述各量子點的粒徑均為l_7nm，所述非極性溶劑為環己烷、甲苯、庚烷或辛烷； 第二步，將上述金量子點油相溶液與上述銅系硫族化合物量子點油相溶液按體積比I /9-9/1混合均勻，往得到的量子點油相混合液中加入相當于量子點油相混合液2-10倍體積的極性憎溶劑使金量子點和銅系硫族化合物量子點共沉淀出來，形成金-銅系硫族化合物量子點團聚體;其中，極性憎溶劑為乙醇、甲醇或丙酮； 第三步，將此金-銅系硫族化合物量子點團聚體涂敷到導電玻璃上，經氬氣氣氛下400-500°C熱處理30-60min形成量子點敏化太陽能電池對電極。2.如權利要求1所述的量子點敏化太陽能電池對電極的制備方法，其特征在于:上述第一步中，所述銅系硫族化合物量子點采用硫化銅量子點、硫化亞銅量子點、砸化銅量子點、砸化亞銅量子點、碲化銅量子點、碲化亞銅量子點中的一種。3.如權利要求2所述的量子點敏化太陽能電池對電極的制備方法，其特征在于:所述銅系硫族化合物量子點采用硫化銅量子點或砸化銅量子點。4.如權利要求1所述的量子點敏化太陽能電池對電極的制備方法，其特征在于:上述第二步中，作為對電極催化材料的所述金-銅系硫族化合物量子點團聚體是從混合均勻的所述量子點油相混合液中添加所述極性憎溶劑后共沉淀出來，形成粒徑為0.1-0.5μπι的球形結構團聚體。
【專利摘要】本發明公開了一種量子點敏化太陽能電池對電極的制備方法，先將均含油酸或油胺穩定劑的金量子點及銅系硫族化合物量子點分別分散到同一種非極性溶劑中，形成油相溶液；再將這兩種油相溶液混合均勻，往混合液中加入極性憎溶劑使金量子點和銅系硫族化合物量子點共沉淀出來，形成金-銅系硫族化合物量子點團聚體；最后將金-銅系硫族化合物量子點團聚體涂敷到導電玻璃上，經高溫氬氣氣氛下熱處理形成量子點敏化太陽能電池對電極。本發明制備方法簡單，制得的對電極以量子點為基本結構單元，具有高比表面積和高催化活性。
【IPC分類】H01G9/042, H01G9/20
【公開號】CN105655136
【申請號】
【發明人】蘭章, 吳季懷
【申請人】華僑大學
【公開日】2016年6月8日
【申請日】2015年12月28日