[發明專利]一種氧化鋅基太陽能電池電極的制備方法

無效

• 申請號: 201010551584.3
• 申請日: 2010-11-21
• 公開（公告）號: CN102097214A
• 公開（公告）日: 2011-06-15
• 發明（設計）人: 權善玉;楊林梅;史桂梅
• 申請（專利權）人: 沈陽工業大學
• 主分類號: H01G9/04
• 分類號: H01G9/04;H01G9/20;H01M14/00
• 代理公司: 沈陽智龍專利事務所(普通合伙) 21115
• 代理人: 宋鐵軍

技術領域

本發明涉及太陽能電池制備方法，尤其涉及氧化鋅基太陽能電池制備方法。

背景技術

光伏發電是國際上公認的解決能源短缺與環境污染問題的有效途徑之一。為使光伏發電能夠成為未來能源的重要組成部分，其關鍵是要將光伏發電成本降到與常規能源相當。因此，低成本，高效率太陽能電池的研究則非常重要。

目前，使用硅材料制備的太陽能電池由于本身材料的帶隙的限制，導致其光電轉換效率低，最高光電轉換效率也只有17%。而且硅基太陽能電池制造工藝復雜、材料要求苛刻且價格昂貴，對目前市場的推廣起到很大的制約作用。染料太陽能電池作為一種新型的太陽能電池，近些年發展很迅速，并且取得了大量的研究成果。目前現有的染料敏化太陽能電池，成本低，制備工藝簡單，但其對太陽光譜的吸收僅限于可見光部分很窄的一個區域，很大一部分近紅外太陽光不能很好的被利用。

氧化鋅作為一種多功能材料,因其室溫下的禁帶寬度大（3.37eV）,激子束縛能為60mV，?在很多領域已有廣泛的應用;例如,?可以作為壓電材料、透明導電薄膜、薄膜型氣敏傳感器、發光材料、表面聲波元件、異質結激光二極管、紫外激光器以及短波長的顯示器件等等。此外，氧化鋅薄膜具有高透明性特征，其透射率最高可達95%以上。因此，使用氧化鋅薄膜作為光陽極不會阻擋太陽光照射到吸收層，同時，氧化鋅除了具有很寬的帶隙還具有其他優點可作為量子點太陽能電池的光陽極。比如氧化鋅中電子的遷移率遠大于Ti02，更有利于電子的傳輸；氧化鋅比較容易制備成納米線，制備方法簡單、廉價。CdSe納米半導體材料在可見光區具有優良的光學吸收性能，而且其導帶能級比ZnO的導帶能級更負，因此當光激發CdSe時產生的光生電子能有效地轉移到ZnO的導帶從而實現光生電子空穴的有效分離。此外，CdSe作為無機半導體材料還具有大的消光系數及優良的(光)化學穩定性。

發明內容

本發明的目的在于提供一種制備工藝簡單的太陽能電池電極，并且降低電荷復合幾率，改善電極的光電轉換性能，提高染料敏化太陽能電池的轉化效率。

本發明的技術方案為：

一種氧化鋅基太陽能電池電極的制備方法，其特征在于：以寬禁帶半導體納米棒為基底，在該基底上通過具有雙官能基的有機分子吸附無機量子點光敏化劑，?制備方法包括以下步驟：

（1）制備油酸包覆CdSe量子點，具體為：以油酸作為配體，十八碳烯作非配位溶劑，溶解單體氧化鎘形成鎘前體溶液；硒粉為硒源，三正辛基膦為溶劑，十八碳烯為高溫反應溶劑，形成硒的前體溶液；將鎘前體溶液加熱到230°C?-290°C，并將硒的前體溶液快速注入鎘前體溶液中，制備出油酸包覆CdSe量子點；其中單體氧化鎘與硒粉的質量比為2:5-5:1，單體氧化鎘與溶劑十八碳烯的質量比為10:1-11:1，硒粉與溶劑三正辛基膦的質量比為6:5-4:1；

（2）制備雙功能基的有機分子包覆CdSe量子點，具體為：將含有的油酸包覆CdSe量子點的甲苯溶液與雙功能基的有機分子混合，室溫下攪拌后放置在離心機上離心后倒出上清夜；將所得沉淀物溶解在乙醇溶液中，最后加入含有四甲基氫氧化銨的甲醇溶液得到雙功能基的有機分子包覆CdSe量子點的清澈溶液；其中含有油酸包覆CdSe量子點的甲苯溶液與具有雙功能基的有機分子溶液的體積比為5:100-50:100；

（3）氧化鋅納米棒的制備，具體為：采用兩步法制備ZnO納米棒，即通過超聲噴霧熱分解法或磁控濺射法或者溶膠凝膠法沉積ZnO籽晶層在摻F的氧化錫SnO₂玻璃襯底上,然后將該襯底浸入含有硝酸鋅和含有環六亞甲基四胺溶液中，然后將溶液保持在95°C恒溫水浴槽中靜置12小時，生長ZnO納米棒；?

（4）納米棒吸附光敏化劑，具體為：ZnO納米棒長成后，用O₂等離子體處理2-4分鐘后，將帶有ZnO納米棒透明玻璃浸入含有修飾的CdSe量子點的溶液中。

（5）制備太陽能電池，具體為：加入電解液以及對電極，形成氧化鋅基納米棒敏化無機量子點的太陽能電池。

步驟（1）中鎘前體溶液是在140°C-180°C范圍經高溫反應獲得。

步驟（1）中硒的前體溶液注入的時間為40秒內。

步驟（2）中所使用的具有雙功能基的有機分子為的3-巰基丙酸MPA或者巰基乙酸TGA中的一種。

步驟（2）中攪拌時間為30-40分鐘，離心時間為5分鐘，轉速為3500-4500轉/分。

步驟（4）中用O₂等離子體處理時間為2分鐘。