[發明專利]CdS、CdSe量子點分段復合敏化雙層ZnO納米棒光陽極的制備方法

無效

• 申請號: 201210013493.3
• 申請日: 2012-01-17
• 公開（公告）號: CN102543471A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發明（設計）人: 汪敏強;鄧建平;宋曉輝;丁繼軍
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: H01G9/042
• 分類號: H01G9/042;H01G9/20;H01M14/00;H01L31/18
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 陸萬壽

技術領域

本發明屬于太陽能利用技術領域，具體涉及CdS、CdSe量子點分段復合敏化雙層ZnO納米棒光陽極的制備方法。

背景技術

近年來，隨著人們對能源的需求不斷增加和石化燃料儲量的持續減少，尋找一種新的來源豐富、綠色環保的替代能源已成為目前科研的重要課題之一。太陽能作為一種取之不盡的天然能源日益受到全世界的關注，尤其是把太陽能直接轉化為電能的太陽能電池研究已成為目前研究的熱點。

量子點敏化太陽能電池(QDSSC)是上世紀90年代出現的第三代太陽能電池，即利用窄禁帶的無機半導體量子點(QD)敏化寬禁帶的基底材料。量子點相對于染料有很大的優勢，一方面，其具有量子限域效應，可以通過控制其尺寸和形狀來調節量子點的帶隙寬度，以此來調節吸收光譜的范圍；另一方面，半導體量子點具有激子倍增效應(MEG)，一個高能量的光子激發半導體量子點，可以產生多個電子-空穴對(見A.Shabaev，Al.L.Efros，A.J.Nozik，NANO?LETTE

-RS，2006，6，第22856-22863頁)。如果將半導體量子點的此兩大優點應用到太陽能電池中，QDSSC效率的理論值可達到44％(M.C.Hanna，A.J.Nozik，Appl.Phys.2006，100，074510)，比晶體硅太陽能電池的理論值32.9％高很多。因此，不論是在成本還是在應用上，QDSSC的發展的潛力是巨大。

目前，量子點敏化ZnO納米棒光陽極的結構主要有兩種：第一種是核殼結構共敏ZnO納米棒，這種結構需要兩種半導體量子點的帶隙形成階梯型(殼層量子點的價帶和導帶高于核層量子點的價帶和導帶)；第二種是單敏化ZnO納米棒，這種結構需要較長的ZnO納米棒。以上的兩種結構都有其自身的優缺點：第一種結構的優點是量子點的配對使用可以增強光的吸收范圍，從而提高電池的光電轉換效率，但是此種結構需要的是帶隙呈階梯型的半導體量子點配對使用，這就大大限制了量子點的選取種類，其次由于核層敏化劑不利于殼層敏化劑產生的光激發電子快速地傳輸到基底，從而增大了電子-空穴的復合機率，降低電池的效率；第二種結構的優點是利用大的表面積吸附更多的量子點增大光的吸收強度，從而提高電池的光電轉換效率，此種結構需要較長的、比表面積大的ZnO納米棒吸附量子點，而在較長納米棒的生長過程中，納米棒的底部會發生的粘連，長度增加表面積的同時粘連又減少了表面積。對于這兩種結構優缺點的綜合，如果能克服其缺點，繼承兩者的優點，那么量子點敏化電池的效率就有可能得到大幅度的提高。

發明的內容

本發明的目的在于針對核殼結構共敏的核層不利于電子傳輸，核殼結構對半導體量子點敏化劑配對要求高和單敏中較長納米棒生長底部發生粘連的問題，提出CdS、CdSe量子點分段復合敏化雙層ZnO納米棒光陽極的制備方法。

為了達到上述的目的，本發明采用的技術方案是：

1)ZnO種子層制備

首先配制5mmol/L醋酸鋅的乙醇溶液，以ITO導電玻璃為基底，將醋酸鋅的乙醇溶液旋涂在ITO導電玻璃基底上，然后在馬弗爐中在300℃熱處理20分鐘，重復旋涂、熱處理2次；最后將其放入爐中以3℃/min速率升溫到400℃退火0.5-1小時，制得ZnO種子層；

2)第一層ZnO納米棒的生長

在磁力攪拌下分別配制0.025mol/L六次甲基四胺和0.0125mol/LZn(NO₃)₂的溶液各15ml，首先將Zn(NO₃)₂溶液緩慢的加入六次甲基四胺溶液；接著將0.1ml分子量為600的聚乙烯亞胺逐滴加入；待聚乙烯亞胺完全分散后，取0.7ml質量濃度為25-28％的氨水逐滴加入；然后逐滴加入HNO₃調節PH至9.3，制得ZnO納米棒的生長液；最后將生長液轉移到提前預熱好的反應釜中，將ZnO種子層插入生長溶液，在烘干箱中以87℃生長5-10小時得ZnO納米棒；

3)CdS量子點的沉積

分別配制50mmol/L的Na₂S和50mmol/L的Cd(NO₃)₂的甲醇溶液，并準備對應的甲醇為清洗液；再采用SILAR法將ZnO納米棒依次浸入Na₂S的甲醇溶液、甲醇、Cd(NO₃)₂的甲醇溶液、另一甲醇中重復多次，在ZnO納米棒表面反應生成CdS量子點；