[發(fā)明專利]以釕改性染料為敏化劑的柔性型氧化鋅量子點太陽能電池

在審

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• 申請日: 2013-12-13
• 公開（公告）號: CN103617892A
• 公開（公告）日: 2014-03-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 魏明燈;龐愛英;李亞峰
• 申請（專利權(quán)）人: 福州大學
• 主分類號: H01G9/20
• 分類號: H01G9/20;H01G9/042
• 代理公司: 福州元創(chuàng)專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 蔡學俊

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于太陽能電池領(lǐng)域，具體涉及一種以釕改性染料為敏化劑的柔性型氧化鋅量子點太陽能電池及其制備方法。

背景技術(shù)

柔性型染料敏化太陽能電池，具有襯底輕薄、材質(zhì)柔軟、攜帶便易等優(yōu)點，被認為是傳統(tǒng)硅太陽能電池最有競爭力的代替者之一。從目前研究結(jié)果來看，氧化鋅材料不但具有來源廣泛、晶型單一、合成簡單、微觀形貌調(diào)控合成等優(yōu)點，而且和二氧化鈦類似的能帶結(jié)構(gòu)(帯隙為3.37?eV)、相當?shù)碾娮幼⑷胄屎洼^高的電子遷移率，被認為是一種可以替代二氧化鈦的光陽極材料。然而，染料敏化氧化鋅太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化效率仍明顯低于二氧化鈦，一方面是由于光生電子從激發(fā)態(tài)染料注入氧化鋅導帶的效率較低，這與兩者導帶電子的有效質(zhì)量及態(tài)密度有很大關(guān)系。另一方面，氧化鋅化學穩(wěn)定性遠低于二氧化鈦，耐酸堿性差，易被弱酸性染料腐蝕，大大降低光捕獲效率和電荷收集效率。但是，至今還未有適合于氧化鋅光陽極弱酸性染料敏化劑的相關(guān)報道。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種以釕改性染料為敏化劑的柔性型氧化鋅量子點太陽能電池及其制備方法，氧化鋅是一種很好的半導體材料，量子點氧化鋅合成過程簡單，純度高，較大的比表面能吸附更多的染料，從而增加了光捕獲效率和電荷收集效率。本發(fā)明的制備方法簡單，成本低，具有顯著的經(jīng)濟效益。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種以釕改性染料為敏化劑的柔性型氧化鋅量子點太陽能電池，利用簡單的溶膠凝膠法，在不添加任何表面活性劑或?qū)騽┑臈l件下制備氧化鋅量子點，用此量子點作為柔性型染料敏化太陽能電池光陽極，釕改性染料為敏化劑組裝的染料敏化太陽能電池。

制備方法包括以下步驟：

（1）氧化鋅量子點的制備；

（2）釕改性染料的制備；

（3）染料敏化太陽能電池的組裝。

氧化鋅量子點的制備方法包括以下步驟：

（1）將4mM醋酸鋅乙醇溶液在80℃下攪拌3h，得到澄清溶液A；

（2）將氫氧化鋰超聲溶解在乙醇中，制得8mM澄清氫氧化鋰溶液B；

（3）將溶液A和溶液B迅速混合，并40℃下快速攪拌40-80min，得到澄清溶液C，其中，Zn²⁺和OH^-的摩爾比為1:2~1:4；

（4）將80-160mL的庚烷或乙酸乙酯倒入溶液C中，生成白色沉淀，用無水乙醇多次離心洗滌，最后分散在乙醇中制得氧化鋅量子點漿體。

釕改性染料的制備方法包括以下步驟：將0.3mM的順式-雙(異硫氰基)雙(2,2'-聯(lián)吡啶基-4,4'-二羧基)釕(II)溶液和0.3mM的氫氧化鈉溶液混合，在80℃下真空旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)完成離子交換過程，所得產(chǎn)物溶解在50mL乙醇中備用，其中，Ru²⁺和OH^-摩爾比為1:1~1:4。

染料敏化太陽能電池的組裝包括以下步驟：

（1）將氧化鋅量子點漿體在室溫下滴涂在柔性基底聚對萘二甲酸乙二醇酯上，在120℃空氣中干燥20min；

（2）重復步驟（1）兩次，然后將其浸漬在釕改性染料中4-8h后取出，電極薄膜的顏色由白色變?yōu)樯罴t色；再把它與對電極和注入的液態(tài)電解質(zhì)溶液組裝在一起，形成三明治結(jié)構(gòu)的染料敏化太陽能電池。

本發(fā)明的顯著優(yōu)點在于：氧化鋅是一種很好的半導體材料，量子點氧化鋅合成過程簡單，純度高，較大的比表面能吸附更多的染料，從而增加了光捕獲效率和電荷收集效率。本發(fā)明首次提供了一種以釕改性染料為敏化劑的柔性型氧化鋅量子點太陽能電池及其制備方法。制備方法簡單，降低了成本，具有有益的經(jīng)濟效益。

附圖說明

表1?N3染料及其各改性染料的光電性能。

圖1是ZnO量子點的透射電鏡圖。

圖2是N3及其改性染料的光電性能曲線。

具體實施方式

本發(fā)明利用簡單的溶膠凝膠法，在不添加任何表面活性劑或?qū)騽┑臈l件下制備了5nm?左右的氧化鋅量子點，用此量子點作柔性型染料敏化太陽能電池光陽極，釕改性染料為敏化劑組裝的染料敏化太陽能電池，在100mW/cm²的光強、AM1.5條件下，其最高光電轉(zhuǎn)換效率為2.94%。