[發(fā)明專利]無機/有機共敏化納米線太陽能電池光陽極及其制備方法有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 201310381947.7 | 申請日： | 2013-08-27 |
| 公開（公告）號： | CN103440989A | 公開（公告）日： | 2013-12-11 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 劉志鋒;李亞彬 | 申請（專利權(quán)）人： | 天津儒創(chuàng)新材料科技有限公司 |
| 主分類號： | H01G9/042 | 分類號： | H01G9/042;H01G9/20 |
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| 地址： | 300112 天津市西*** | 國省代碼： | 天津;12 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 無機 有機 共敏化 納米 太陽能電池 陽極 及其 制備 方法 | ||
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于太陽能電池領(lǐng)域，具體為無機/有機共敏化納米線太陽能電池光陽極及其制備方法，具體涉及為CdS/N3共敏化ZnO納米線太陽能電池光陽極及其制備方法。
技術(shù)背景
染料敏化納米晶太陽能電池是由瑞士洛桑高等工業(yè)學(xué)院教授帶領(lǐng)的研究團隊與1991年提出的，染料敏化納米晶太陽能電池的出現(xiàn)為太陽能電池的發(fā)展帶來了革命性的創(chuàng)新，它所表現(xiàn)出來的光吸收率高、成本低廉、制造工藝簡單、穩(wěn)定性良好等優(yōu)點使半導(dǎo)體光電化學(xué)電池成為人們研究的熱點。染料敏化納米晶太陽能電池主要由透明導(dǎo)電玻璃基底、光陽極(寬帶隙n型多孔半導(dǎo)體材料TiO2或一維ZnO納米棒陣列)、敏化層(無機半導(dǎo)體或染料敏化劑)、電解質(zhì)(液態(tài)電解質(zhì)、準固態(tài)電解質(zhì)或固態(tài)p型半導(dǎo)體)及對電極等構(gòu)成。
在染料敏化納米晶太陽能電池中，可以通過構(gòu)筑敏化層與光陽極材料的復(fù)合結(jié)構(gòu)來對光陽極材料進行修飾。其中，敏化層能夠增加光子吸收，拓展激發(fā)波長的范圍，同時，所構(gòu)筑復(fù)合結(jié)構(gòu)之間的梯度能級結(jié)構(gòu)，還有助于光生電子-空穴對的分離，進而提高NPC電池的光電轉(zhuǎn)換效率。常用的敏化層有無機半導(dǎo)體光吸收材料(如CdSe、CdS、In2S3及CuInS2等)和染料(無機染料、天然染料、N3染料等)。
ZnO是一種典型的II-VI族直接帶隙n型半導(dǎo)體材料，其禁帶寬度在室溫條件下為3.37eV，與常用的TiO2有相似的能帶結(jié)構(gòu)，同樣能滿足染料敏化納米晶太陽能電池光陽極材料與染料分子或無機半導(dǎo)體光吸收層在能級匹配方面的要求；另外，ZnO具有比TiO2更高的電子遷移率，能夠在很大程度上減少光生電子-空穴對的復(fù)合，這一特性使得基于ZnO半導(dǎo)體的光陽極材料在電子傳輸方面具有很大的應(yīng)用潛力；同時，ZnO的制備方法較多，其中，溶膠-凝膠法等溶液生長法的工藝條件比較溫和、操作簡單易行、制作成本較低。這些優(yōu)點使ZnO逐步發(fā)展成為有望代替?zhèn)鹘y(tǒng)的TiO2來作為染料敏化納米晶太陽能電池光陽極的候選材料之一。然而，由于ZnO的帶隙較寬(Eg=3.37eV)，光響應(yīng)范圍被限制在了僅占太陽光譜全部波長范圍約4％的紫外光區(qū)，這在很大程度上影響了其在光伏器件上的實用性。另外，ZnO是一種兩性氧化物，在溶液中能夠穩(wěn)定存在的pH為7～12，在酸性或堿性較強的介質(zhì)中(如N3染料)容易發(fā)生光腐蝕現(xiàn)象，因此制約了單一ZnO在染料敏化納米晶太陽能電池領(lǐng)域的應(yīng)用。為了增強基于ZnO半導(dǎo)體的光陽極材料的實用性，人們針對以上問題做了大量的研究工作，而構(gòu)筑核殼異質(zhì)結(jié)構(gòu)也被認為是解決上述問題的一種可行性較大的有效方法。
核殼異質(zhì)結(jié)構(gòu)包含至少兩種材料，而外殼材料的包覆很有可能會改變內(nèi)核半導(dǎo)體材料的光學(xué)性能(如光響應(yīng)波長范圍、光學(xué)穩(wěn)定性等)，因此，核殼異質(zhì)結(jié)構(gòu)的構(gòu)筑引起了人們的廣泛關(guān)注。首先，在核殼異質(zhì)結(jié)構(gòu)納米晶半導(dǎo)體中，外殼材料會作為一個屏障將具有一定光學(xué)特性的內(nèi)核材料與外界介質(zhì)隔離開，在一定程度上避免內(nèi)核材料受到腐蝕。同時，根據(jù)外殼材料所具有的不同特性(如禁帶寬度、光吸收特性等)，可以選擇不同的外殼材料來對內(nèi)核材料進行修飾以得到具有所需特性的材料。另外，外殼材料能夠有效鈍化內(nèi)核材料的表面陷阱能級，極大提高材料的量子產(chǎn)率，而對于一些依靠光激發(fā)特性來工作的設(shè)備(如生物標簽、光伏設(shè)備等)來說，較高的量子產(chǎn)率起著十分關(guān)鍵的作用。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種無機/有機共敏化納米線太陽能電池光陽極及其制備方法。
一種無機/有機共敏化納米線太陽能電池光陽極及其制備方法。具體為首先采用標準三電極電化學(xué)沉積系統(tǒng)，在ITO透明導(dǎo)電玻璃上沉積ZnO種子層，再在硝酸鋅和六次甲基四銨組成的生長溶液中生長ZnO納米線，然后，采用SILAR工藝在ZnO納米線上生長CdS量子點層，最后，用N3染料敏化ZnO/CdS核殼陣列，可得CdS/N3共敏化ZnO納米線太陽能電池光陽極。
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