[發明專利]錳銅摻雜硫化鎘量子點敏化太陽能電池及其制備方法

無效

• 申請號: 201210520486.2
• 申請日: 2012-11-29
• 公開（公告）號: CN103854869A
• 公開（公告）日: 2014-06-11
• 發明（設計）人: 鄒小平;周洪全;黃宗波;滕功清
• 申請（專利權）人: 北京信息科技大學
• 主分類號: H01G9/20
• 分類號: H01G9/20;H01G9/042
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

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摻雜量子點敏化劑及其制備方法。

背景技術

隨著全球經濟的迅速發展，人口的持續增長以及人類對能源的依賴性逐漸加深，能源危機和環境污染問題已成為21世紀人類面臨的首要問題。面對全球石化能源日益枯竭，取之不盡用之不竭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，染料敏化太陽能電池(DSSCs)以低成本、制作工藝簡單、相對較高的光電轉換效率而成為研究熱點(O’Regan，B.，M.，Nature，1991，353，737)。DSSCs是將吸附了染料的寬禁帶半導體納米晶薄膜作為正極，表面鍍有一層鉑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。染料分子吸收太陽光能，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TiO₂導帶，染料中失去的電子很快從電解質中得到補償，進入TiO₂導帶中的電子最終進入導電膜，然后通過外電路到對電極產生光電流。然而，染料的穩定性還有待進一步的提高，而且價格也相對較高，所以采用價格便宜的窄禁帶無機半導體量子點作為敏化劑，可以降低電池的成本，提高穩定性，這種電池稱為量子點敏化太陽能電池(QDSSCs)。一般染料吸收一個光子最多產生一個電子，量子點可以由一個高能光子產生多個電子，大大提高量子產率(Nozik，A.J.，PhysicaE，2002，14，115)。

但是目前利用量子點敏化的太陽能電池QDSSCs，其總體表現還低于DSSCs。為了提高QDSSCs的光電轉換效率，廣泛開展了對QDSSCs的改性工作，其中對量子點進行摻雜也是一種常用的有效方法，CN?102163502A公開了一種在CdS量子點中摻雜了Ca雜質離子的方法，提高了CdS的導帶，改善了CdS量子點在電極材料表面的吸附狀況，抑制了暗電流的產生，提高了太陽能電池的短路電流和光電轉換效率。另外，(Pralay?K.Santra，J.Am.Chem.Soc.2012，134，2508-2511)通過SILAR方法將Mn²⁺摻入到CdS量子點中，在CdS的禁帶間引入中間能級增加光響應，提高了太陽能電池的短路電流、開路電壓和光電轉換效率。但是，目前通過SILAR方法對CdS量子點摻雜Mn，然后再對CdS量子點摻雜Cu共同作為敏化劑來提高太陽能電池的性能參數的工作還未見報道。

發明內容

為了解決上述問題，本發明提供了一種用于太陽能電池的錳銅摻雜CdS量子點敏化劑及其制備方法，以此改性CdS半導體量子點的光電特性，在CdS量子點間形成了中間能級，使得電子能夠更加有效地在量子點間傳輸，電子空穴可以更加快速有效地分離，降低了暗電流的產生，提高了太陽能電池的短路電流和光電轉換效率。

本發明是通過以下技術方案實施的：

錳銅摻雜硫化鎘量子點敏化太陽能電池及其制備方法，該方法是先將Mn摻雜到CdS中，然后再將Cu摻雜到CdS中形成量子點敏化劑組裝成太陽能電池。

所述方法的具體步驟為：

1)配備濃度為0.01M-1M含有半導體量子點陽離子的可溶性鹽溶液，放入20-50℃的水浴中恒溫30-60min；

2)將含有Mn雜質原子的可溶性鹽溶液加入步驟1)配備的陽離子溶液當中，其中雜質原子與半導體量子點原子個數之比為1∶1-1∶100；

3)配備濃度為0.01M-1M含有半導體量子點陰離子的可溶性溶液，放入20-50℃的水浴中恒溫30-60min；

4)將待敏化的寬禁帶半導體光陽極材料浸入步驟2)制備的溶液中1-10min，取出用相應溶劑清洗干凈，并用氮氣吹干；

5)將步驟4)得到的光陽極材料浸入步驟3)制備的陰離子溶液中1-10min，取出用相應溶劑清洗干凈，并用氮氣吹干，則在光陽極材料上形成Mn摻雜的CdS半導體量子點敏化劑層；

6)配備濃度為0.01M-1M含有半導體量子點陽離子的可溶性鹽溶液，放入20-50℃的水浴中恒溫30-60min；

7)將含有Cu雜質原子的可溶性鹽溶液加入步驟6)配備的陽離子溶液當中，其中雜質原子與半導體量子點原子個數的比為1∶1-1∶1000；

8)將步驟5)制得的Mn摻雜的CdS量子點敏化光陽極材料浸入步驟7)制備的溶液中1-10min，取出用相應溶劑清洗干凈，并用氮氣吹干；