[發明專利]一種量子點敏化太陽能電池及其制備方法

無效

• 申請號: 201110420148.7
• 申請日: 2011-12-15
• 公開（公告）號: CN102522219A
• 公開（公告）日: 2012-06-27
• 發明（設計）人: 陳靜;雷威;張曉兵;婁朝剛
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H01G9/042
• 分類號: H01G9/042;H01G9/20;H01M14/00;H01L31/0224;H01L31/18
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 李紀昌

技術領域

本發明屬于太陽能電池材料領域，具體涉及一種量子點敏化太陽能電池及其制備方法。

背景技術

隨著經濟的迅速發展，人類對能源的需求量越來越大。太陽能作為一種清潔的可再生的能源，引起了人們的廣泛關注。各國研究組都開始了對第三代太陽能電池——染料敏化太陽能電池的研究，其光電轉化效率超過了11%，并且各項技術指標已經很接近實際應用的要求。近年來，作為染料的取代物，各種量子點材料被開發應用于太陽能電池中。和染料相比，量子點具有以下的優點：1.較低的成本；2.較高的消光系數以及合適的能帶位置，可以把電子傳輸到載體的導帶上；3.量子點的量子效應，使其能帶大小可隨著量子點尺寸調節控制；4.量子點具有多重激子產生效應，使得量子點的內部電光轉化效率可以超過100%。

目前量子點敏化太陽能電池的效率仍舊比較低。如何提高電池的效率是研究的主要目的。石墨烯材料具有驚人的高電子遷移率，其數值超過15000?cm²/Vs。同時石墨烯還有巨大的比表面積（2630?m²/g²），有利于作為其它材料的載體。因而，可以將石墨烯作為導電荷傳輸層應用于太陽能電池中。石墨烯極高電子遷移率能夠加速電子的轉移，降低電子和空穴復合的幾率，從而提高電池的壽命。同時光陽極膜質量和平整度直接決定了電池的總光電效率。而石墨摻雜的復合膜會在一定程度上降低光陽極膜的平整度，從而增大電池的漏電流。目前量子點吸附于半導體膜較常用的方法有：化學沉積法，化學吸附法。我們采用低壓的電泳法不僅可以得到較平整的光陽極膜，同時可以控制量子點在復合膜上吸附的厚度。并且所制備的電池光電轉換效率較其它吸附方法有較大的提高。

發明內容

技術問題：提供一種低壓的電泳吸附法制備的量子點敏化太陽能電池及其制備方法，不僅可以得到較平整的光陽極膜，同時可以控制量子點在復合膜上吸附的厚度。

技術方案：一種量子點敏化太陽能電池，包括導電基板、納米半導體材料、電解液和對電極，其中：還包括石墨烯和量子點顆粒，石墨烯與納米半導體材料按比例摻雜，得到石墨烯摻雜的納米半導體晶膜，石墨烯質量占納米半導體材料質量的0.01%~10%，量子點顆粒吸附于納米半導體晶膜上。

所述的納米半導體材料為二氧化鈦，氧化鋅，氧化錫中的一種或幾種混合物。

所述的二氧化鈦形貌為納米顆粒、納米棒、納米帶；所述的氧化鋅形貌為納米顆粒、納米棒、納米花、納米球；所述的氧化錫形貌為納米顆粒、中空納米球。

所述量子點顆粒使用電泳的方法吸附于石墨烯和半導體材料的復合膜上，其電壓在10-60?V范圍內；電壓時間1-10分鐘；使用的溶劑甲苯和乙腈比例范圍為10:1~1:10；量子點的摩爾濃度為0.01~1?M。

所述量子點為硫化鎘、硒化鎘、碲化鎘、硫化鉛、硒化鉛中的一種或者幾種。

所述的量子點敏化太陽能電池的制備方法，其特征在于步驟如下：

(1)、石墨烯的制備：每1g石墨中加入98%的濃H₂SO_4?20-40?mL，冰浴條件下，加入KMnO₄粉末，KMnO₄與石墨的質量比為2：1?~?5：1，然后在30-40?℃下持繼攪拌1-3h，冷卻、稀釋；再用還原劑將Mn⁷⁺還原到Mn²⁺，過濾，清洗，干燥得到石墨氧化物粉末，然后溶于水并超聲，用水合肼將石墨氧化物還原生成石墨烯；

(2)、石墨烯摻雜的納米半導體晶膜制備：?取納米半導體材料，加入堿性物質反應，溫度130-180℃，反應時間2-24h，反應結束用去離子水清洗，干燥，然后與石墨烯摻雜，石墨烯質量占納米半導體材料質量的0.01%~10%，制備成漿料，均勻涂布在FTO片上，烘箱烘干，置于馬弗爐中燒至450?℃，1?h后取出，得到石墨烯摻雜的納米半導體晶膜；

(3)、量子點吸附于石墨烯摻雜的納米半導體晶膜上：將油酸包裹的量子點溶解于甲苯和乙腈溶劑中，將兩片相同的納米半導體晶膜面對面放置在燒杯中，距離為3-8?mm，電壓在10-60?V范圍內，加電壓1-10分鐘后，使量子點吸附在正極的納米半導體晶膜上，石墨烯摻雜的光陽極制作完成；

(4)、將光陽極與對電極組裝成量子點敏化太陽能電池。

所述步驟(1)中還原劑為30%的H₂O₂。