[發(fā)明專利]一種Cd1-xMnxSe量子點(diǎn)太陽能電池的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410315476.4
• 申請(qǐng)日: 2014-07-03
• 公開（公告）號(hào): CN104091693A
• 公開（公告）日: 2014-10-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 田建軍;呂麗麗;沈婷;劉曉光;李波
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H01G9/20
• 分類號(hào): H01G9/20
• 代理公司: 北京市廣友專利事務(wù)所有限責(zé)任公司 11237
• 代理人: 張仲波

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于太陽能電池技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種Cd_1-xMn_xSe量子點(diǎn)太陽能電池的制備方法。

背景技術(shù)

隨著世界經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們對(duì)能源的需求量與日俱增，化石能源作為不可再生能源，已無法滿足全球的能源消耗；另一方面，化石能源的大量使用會(huì)造成全球變暖和環(huán)境污染問題。因而，尋求可高效利用并且對(duì)環(huán)境友好的可再生能源是世界各國(guó)的共同目標(biāo)。太陽能作為一種清潔的可再生能源，已經(jīng)引起了廣泛的關(guān)注，被認(rèn)為是傳統(tǒng)能源的最佳替代者。

根據(jù)所用材料的不同，太陽能電池可分為：硅基太陽能電池、化合物薄膜太陽能電池、光化學(xué)太陽能電池(包括染料敏化太陽能電池和量子點(diǎn)太陽能電池)、有機(jī)太陽能電池和多結(jié)太陽能電池等。染料敏化太陽能電池是一類以染料分子敏化納米多孔半導(dǎo)體薄膜為光陽極的光化學(xué)太陽能電池，由瑞士洛桑聯(lián)邦理工(EPFL)的等人于1991年發(fā)明(O’Regan?B?andM.Nature,1991,353:737-740)，當(dāng)時(shí)的光電轉(zhuǎn)換效率在AM1.5模擬日光照射下可達(dá)7.1～7.9％。量子點(diǎn)太陽能電池是在染料敏化太陽能電池基礎(chǔ)上發(fā)展起來的又一類光化學(xué)太陽能電池。1998年Nozik首先進(jìn)行了利用磷化銦(InP)半導(dǎo)體量子點(diǎn)取代染料敏化太陽能電池中染料分子(Zaban?A,O?I?and?A?J?Nozik,et?al.Langmuir,1998,14:3153-3156)，開創(chuàng)了量子點(diǎn)太陽能電池的先河。

量子點(diǎn)是三維尺寸小于或接近激子波爾半徑，具有量子局限效應(yīng)的準(zhǔn)零維納米粒子。用于敏化劑的量子點(diǎn)是一種窄禁帶寬度的半導(dǎo)體材料，如CdS，CdSe，PbS，InAs等，它可通過吸收一個(gè)光子能量產(chǎn)生多個(gè)激子或電子-空穴對(duì)，即多重激子效應(yīng)(Multiple?Exciton?Generation，簡(jiǎn)稱MEG)，進(jìn)而形成多重電荷載流子對(duì)，以更加有效地利用太陽能。根據(jù)美國(guó)物理學(xué)家Shockley和Queisser提出的S-Q極限模型，半導(dǎo)體PN結(jié)太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率極限為31％，如單晶硅、多晶硅太陽能電池等均受限于這一模型。然而以量子點(diǎn)為敏化劑構(gòu)筑的量子點(diǎn)太陽能電池，在MEG效應(yīng)作用下，則能突破S-Q極限效率模型，具有更高的理論光電轉(zhuǎn)換效率。并且，量子點(diǎn)太陽能電池的制造成本遠(yuǎn)低于硅基太陽能電池。因此，量子點(diǎn)太陽能電池被認(rèn)為是極具發(fā)展?jié)摿Φ男乱淮柲茈姵兀蔀槭澜绶秶鷥?nèi)研究的熱點(diǎn)之一。

用于敏化劑的量子點(diǎn)一般遵循兩個(gè)條件：(1)具有寬的可見光吸收范圍，且在光照下具有最佳的輸出能量；(2)量子點(diǎn)的導(dǎo)帶位置在光陽極的導(dǎo)帶位置之上，以便于電子的有效注入。目前用于量子點(diǎn)太陽能電池的量子點(diǎn)主要有CdS、CdSe、PbS、InAs等量子點(diǎn)。如霍尼韋爾國(guó)際公司公開了一種量子點(diǎn)太陽能電池(申請(qǐng)?zhí)?010241852.1)，涉及了多種二元金屬化合物量子點(diǎn)。長(zhǎng)春理工大學(xué)公開了一種InAs量子點(diǎn)材料的制備方法和在太陽能電池中的應(yīng)用(申請(qǐng)?zhí)枺?00810051600.5)。華中科技大學(xué)公開了一種Bi₂S₃量子點(diǎn)敏化TiO₂的太陽能電池的制備方法(申請(qǐng)?zhí)枺?01310588867.9)。蘇州大學(xué)公開了一種PbS_xSe_1-x量子點(diǎn)的制備方法和在太陽能電池中的應(yīng)用(申請(qǐng)?zhí)枺?01310299270.2)。目前量子點(diǎn)太陽能電池的效率依然偏低，如何提高太陽能電池效率一直是研究與開發(fā)的重點(diǎn)。提高太陽能電池效率的主要途徑就是提高量子點(diǎn)的電子-空穴的產(chǎn)率。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種Cd_1-xMn_xSe(x＝0～0.8)量子點(diǎn)太陽能電池的制備方法。Mn進(jìn)入CdSe中形成的三元化合物量子點(diǎn)，能顯著提升激子產(chǎn)率和光的吸收強(qiáng)度，提高太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。所采用溶液沉積法，具有工藝條件溫和、操作簡(jiǎn)單、易工業(yè)化生產(chǎn)、成本低等優(yōu)點(diǎn)。

本發(fā)明將膜厚為4～20微米的多孔光陽極基體，放置在由Cd²⁺、Mn²⁺、Se源和緩釋劑按照特定比例組成、濃度為0.03～0.50摩爾濃度的反應(yīng)溶液中，在避光條件、5～40攝氏度下靜置1～5小時(shí)，清洗、烘干后，與濃度為0.1～3.0摩爾濃度的多硫化物電解質(zhì)和硫化亞銅(Cu₂S)對(duì)電極組裝成Cd_1-xMn_xSe(x＝0～0.8)量子點(diǎn)太陽能電池。