[發(fā)明專(zhuān)利]一種g?C3N4增強(qiáng)型太陽(yáng)能電池的制造方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610149829.7
• 申請(qǐng)日: 2016-03-16
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105810442B
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-02-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 呂威;張學(xué)宇;高其乾
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H01G9/20
• 分類(lèi)號(hào): H01G9/20;H01G9/042
• 代理公司: 長(zhǎng)春市四環(huán)專(zhuān)利事務(wù)所(普通合伙)22103
• 代理人: 張建成

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種增強(qiáng)型量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)能電池制備工藝過(guò)程，特別涉及一種類(lèi)石墨烯結(jié)構(gòu)的C3N4增強(qiáng)型太陽(yáng)能電池的制造方法。

背景技術(shù)

太陽(yáng)能是解決人類(lèi)面臨的環(huán)境問(wèn)題和能源問(wèn)題的理想新能源，目前人類(lèi)已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了多種太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)。其中量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)能電池是以染料敏化太陽(yáng)能電池為基礎(chǔ)而構(gòu)造的，包括透明導(dǎo)電玻璃，光陽(yáng)極，光敏劑，電解質(zhì)，對(duì)電極5個(gè)部分。作為新一代太陽(yáng)能電池，量子敏化太陽(yáng)能電池具有吸收廣、多激子和穩(wěn)定的優(yōu)勢(shì)吸引廣泛的關(guān)注。

TiO2是最主要的光陽(yáng)極材料，自從1991年首次使用在染料敏化太陽(yáng)能電池之后，多種不同結(jié)構(gòu)的TiO2被開(kāi)發(fā)和應(yīng)用在光陽(yáng)極材料中。其中，以單晶棒狀結(jié)構(gòu)的TiO2光陽(yáng)極結(jié)構(gòu)性能最為突出，同時(shí)具有較好的載流子分離、傳輸?shù)男再|(zhì)以及高的光子捕獲能力。量子點(diǎn)材料主要為無(wú)極半導(dǎo)體，例如：CdS，CdSe，CdTe，PbS以及Bi2S3等。CdS是一種寬帶隙半導(dǎo)體材料，室溫下它的禁帶寬度為2.42eV，具有優(yōu)良的光電性能，而且CdS的光吸收系數(shù)高，非常適合作薄膜太陽(yáng)能電池的吸收層。此外CdS的導(dǎo)帶邊與TiO2相比更高，有利于CdS被光照激發(fā)的電子注入。因此被廣泛應(yīng)用于量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)能電池的開(kāi)發(fā)過(guò)程中。

但是，目前量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率還很低，面臨電子、空穴對(duì)復(fù)合、光生電子傳輸?shù)膯?wèn)題需要解決。在光陽(yáng)極材料上引入一個(gè)阻擋層可有效的抑制電子與電解液的復(fù)合，如果此材料同時(shí)兼有合適的帶隙能級(jí)，可進(jìn)一步優(yōu)化光生載流子的傳輸通道，大大提高電池轉(zhuǎn)換效率。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提出一種g-C3N4增強(qiáng)型太陽(yáng)能電池的制造方法。

本發(fā)明包括以下步驟：

1)、單晶棒狀TiO2光陽(yáng)極在透明FTO導(dǎo)電玻璃上的制備：

在透明FTO導(dǎo)電玻璃上沉積單晶棒狀TiO2，控制TiO2納米棒的長(zhǎng)度、直徑及密度；

2)、類(lèi)石墨烯結(jié)構(gòu)C3N4(g-C3N4)的制備：

用煅燒法制備類(lèi)石墨烯結(jié)構(gòu)的C3N4，調(diào)整g-C3N4分子結(jié)構(gòu)大小以及微觀片層結(jié)構(gòu)厚度。

3)、g-C3N4片層結(jié)構(gòu)旋涂在TiO2光陽(yáng)極上：

將g-C3N4片層結(jié)構(gòu)混合攪拌制備淡黃色的糊狀漿料，之后旋涂在TiO2光陽(yáng)極上，在450℃，保溫半個(gè)小時(shí)，自然冷卻至室溫，取出備用。

4)、對(duì)電極制備：

制備CdS對(duì)電極材料，組裝成量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)能電池。

本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明在量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)能電池的光陽(yáng)極上引入類(lèi)石墨烯結(jié)構(gòu)的C3N4，一方面g-C3N4可以作為阻擋層減少光生載流子的復(fù)合，另一方面通過(guò)調(diào)整g-C3N4的帶隙能級(jí)，優(yōu)化載流子的傳輸路徑，提高量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。

附圖說(shuō)明

圖1為光陽(yáng)極結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明包括以下步驟

1)、單晶棒狀TiO2光陽(yáng)極在透明FTO導(dǎo)電玻璃上的制備：

取15ml的濃鹽酸，15ml的去離子水，0.5-0.7ml鈦酸四丁酯，放在燒杯中混合均勻，然后和清洗干凈的FTO導(dǎo)電玻璃傾斜放到聚四氟乙烯內(nèi)襯反應(yīng)釜中，在反應(yīng)釜溫度為150°的烘箱中加熱反應(yīng)12小時(shí)待反應(yīng)釜空氣中自然冷卻后，將FTO導(dǎo)電玻璃取出，用去離子水清洗，在FTO導(dǎo)電玻璃的表面生成一層白色的薄膜，然后將樣品在空氣中經(jīng)450°退火半小時(shí)，緩慢冷卻后得到了金紅石相二氧化鈦納米棒陣列。

2)、類(lèi)石墨烯結(jié)構(gòu)C3N4(g-C3N4)的制備：

三聚氰胺和尿素以質(zhì)量比4：3的比例混合，放入研缽中，充分研磨得到白色的均勻混合物，將混合物移入坩堝中，加蓋然后轉(zhuǎn)移到馬弗爐中煅燒，經(jīng)x分鐘加熱到550℃，其中x＝(550-室溫)/10，在550℃條件下保溫兩小時(shí)，自然冷卻至室溫，得到淡黃色的團(tuán)塊固體，用研缽充分研磨得到粉末，得到g-C3N4。

3)、g-C3N4片層結(jié)構(gòu)旋涂在TiO2光陽(yáng)極上：

0.1g乙基纖維素，0.1g g-C3N4片層結(jié)構(gòu)粉末，0.81125g松油醇，2.125ml無(wú)水乙醇加入25ml小燒杯中，攪拌和超聲交替進(jìn)行24小時(shí)，得到淡黃色的糊狀漿料，使用勻膠機(jī)以4000r/min的轉(zhuǎn)速將g-C3N4片層結(jié)構(gòu)旋涂在TiO2光陽(yáng)極上，60℃烘箱中保溫二十分鐘，然后轉(zhuǎn)移到馬弗爐中，以5℃/min的升溫速度升至450℃，保溫半個(gè)小時(shí)，自然冷卻至室溫，取出備用。如圖1所示，為光陽(yáng)極結(jié)構(gòu)示意圖。

4)、對(duì)電極制備：