[發明專利]量子點敏化太陽電池及其制備方法

有效

• 申請號: 201510319669.1
• 申請日: 2015-06-11
• 公開（公告）號: CN104952627B
• 公開（公告）日: 2018-04-27
• 發明（設計）人: 李冬梅;孟慶波;王國帥;衛會云;羅艷紅
• 申請（專利權）人: 中國科學院物理研究所
• 主分類號: H01G9/20
• 分類號: H01G9/20
• 代理公司: 北京智匯東方知識產權代理事務所(普通合伙)11391
• 代理人: 范曉斌,郭海彬

技術領域

本發明涉及量子點太陽電池技術領域，具體涉及到一種量子點敏化太陽電池及其制備方法。

背景技術

太陽能電池是一種將太陽能轉化成電能的裝置，它是以半導體材料為基礎，其工作原理是利用光電材料吸收太陽光產生光生電子。根據所使用的半導體材料，太陽能電池分為基于硅材料的硅基太陽能電池、以III-V化合物(如，GaAs)、CuInSeS等多元化合物為材料的電池、基于功能高分子材料的有機聚合物電池、納晶敏化太陽電池、量子點太陽電池、基于無機有機鉛鈣鈦礦太陽電池等。其中，量子點太陽電池以其低廉的成本、簡單的制作工藝而受到關注。特別是量子點的吸光范圍可以通過調節量子點顆粒尺寸和量子點的組成來實現，并且1個高能光子可產生多個電子，將大大提高量子產率，即“多激子效應”。但是，目前此類電池的光電轉換效率偏低，電池穩定性還有待進一步提高。

量子點敏化太陽電池主要由沉積了量子點的光陽極、電解質和對電極(如，Cu₂S)組成。為了提高電池效率，一般從以下三個方面入手，首先是量子點(薄膜)材料的選擇，其次量子點薄膜的制備方法；再次，如何調控電池表界面(包括光陽極/量子點、量子點/電解質、電解質/對電極)。

在量子點敏化太陽電池中，雖然量子點材料本身帶隙可通過量子點顆粒大小來調控且存在著“多激子效應”，但電池內部復合較嚴重，使得太陽電池的轉化效率偏低。目前，量子點薄膜層的制備方法主要是采用原位沉積法(主要是指化學浴沉積(chemical bath deposition(CBD))或連續離子層吸附反應(successive ionic layer adsorption and reaction(SILAR))，以實現量子點在納晶多孔電極上的沉積。但是該方法存在一些問題，如原位沉積法適用材料選擇范圍窄，并且沉積過程不可控，難以得到精確厚度的量子點薄膜層。也有人通過一些雙官能團的有機小分子將量子點與TiO₂分子連接在一起，進而實現量子點在多孔電極上的沉積。該方法也存在著吸附量偏低、載流子傳輸不暢等問題，以至于降低了電池的穩定性和轉換效率。

發明內容

本發明的目的在于提供一種量子點敏化太陽電池及其制備方法，采用該方法制備的量子點敏化太陽電池具有較高的穩定性和轉換效率。

為了實現上述目的，根據本發明的一個方面，提供了一種量子點敏化太陽電池的制備方法，該量子點敏化太陽電池包括納晶多孔層，該納晶多孔層的納晶顆粒表面上依次包覆有量子點薄膜層和鈍化層，其中，量子點薄膜層是采用超聲噴霧法形成的。

進一步地，采用超聲噴霧法噴涂量子點前驅液以在納晶多孔層的納晶顆粒的表面上形成量子點薄膜層；量子點前驅液的質量百分比濃度為2～25％；優選地，量子點前驅液的質量百分比濃度為10～20％；進一步優選地，量子點前驅液的質量百分比濃度為15％。

進一步地，超聲噴霧時將量子點前驅液溶于噴霧溶劑中進行噴霧，噴霧溶劑選自去離子水、乙醇和甲醇中的一種或多種。

進一步地，超聲噴霧的時間為10～1800秒；優選地，超聲噴霧的時間為20～600秒。

進一步地，在納晶多孔層的表面上噴涂量子點前驅液后，還包括對其加熱以使得量子點前驅液固化形成量子點薄膜層的步驟；可選地，加熱的溫度為35～45℃。

進一步地，形成量子點薄膜層的材料選自CdS、CdSe、CdSSe、CdTe、CdSeTe、CuInS₂、PbS、InP和AgSe中的一種或多種；優選地，形成量子點薄膜層的材料選自CdS、CdSe或CdSeTe。

進一步地，量子點薄膜層的厚度為2～100nm，優選為5～50nm。

進一步地，量子點薄膜層由窄帶隙量子點半導體納米顆粒構成，窄帶隙量子點半導體納米顆粒的粒徑為2～12nm，優選為3～8nm。

進一步地，鈍化層為ZnS鈍化層；可選地，電解質為多硫電解質或有機含硫電解質，電解質的厚度為10～30μm；可選地，對電極由硫化物材料形成，對電極的厚度為10～30μm。

根據本發明的另一方面，提供了一種量子點敏化太陽電池，采用上述任一種方法制備而成。

本發明的有益效果：本發明所提供的量子點敏化太陽電池中的量子點薄膜層由窄禁帶無機量子點半導體納米顆粒構成。在量子點敏化太陽能電池中，用于吸收層的量子點材料通過吸收太陽光產生光生電子，電子注入寬禁帶半導體材料導帶中并收集到導電玻璃上，并導出至外電路，空穴通過電解質到達對電極由電極導出。