[發明專利]基于鈦網的柔性量子點敏化太陽能電池的制備方法

在審

• 申請號: 201710355831.4
• 申請日: 2017-05-18
• 公開（公告）號: CN107248450A
• 公開（公告）日: 2017-10-13
• 發明（設計）人: 劉明典;陳延學;杜中林;吳存存;王嘉璐;賈豪彥
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: H01G9/20
• 分類號: H01G9/20;H01G9/042;H01G9/048
• 代理公司: 濟南日新專利代理事務所37224
• 代理人: 崔曉艷

技術領域

本發明涉及太陽能電池技術領域，特別是涉及到一種基于鈦網的柔性量子點敏化太陽能電池的制備方法。

背景技術

太陽能電池可以提供足夠的能量滿足當前世界的需求，但是與化石燃料相比，制造出更高效、更有競爭力光伏系統仍然是一個巨大的難題。為了解決這個問題，將太陽能轉化為電能的新策略正在發展。自從O'Regan and 在1991年做出了第一個創造性突破，在過去的二十多年中，染料敏化電池被各國廣泛深入地研究。雖然據Yella等人報道，染料敏化電池的最高效率已經達到12.3％，但是其敏化劑昂貴且不穩定的缺點，限制了它在工業方面的實際運用。比起染料敏華的電池，量子點敏華太陽能電池擁有制作簡單，價格低廉，可產生多個激子，帶寬可調，光吸收效率高的優點。比如，CdSe量子點帶寬為1.73eV，大部分可見光都在其可吸收范圍之內。

經調研，已經被報道的納米敏化太陽能電池大多采用多空TiO₂和ZnO為基底，以承載敏化劑。相比于TiO₂，ZnO擁有與之近似的帶隙，而且可以在低溫下被制備，電子遷移率高，可以加快電子運輸，減少電子復合。最近幾年，一系列不同形貌的ZnO納米結構被科研人員發現并運用以提升光吸收效率，比如納米花、納米片、納米森林、納米點和納米線等。其中，ZnO納米片因為擁有多空網狀結構、大表面積、光散射等優點，可以作為光伏和光催化的理想材料，已經引起了科研人員的廣泛注意。但是，大多數的已經被報道的基于ZnO納米片的量子點敏化太陽能電池的光電轉化效率，都低于5％。為此我們發明了一種新的基于鈦網的柔性量子點敏化太陽能電池的制備方法，解決了以上技術問題。

發明內容

本發明的目的是提供一種光電轉化效率高，生產成本低廉，研究價值大的基于鈦網的柔性量子點敏化太陽能電池的制備方法。

本發明的目的可通過如下技術措施來實現：基于鈦網的柔性量子點敏化太陽能電池的制備方法，該基于鈦網的柔性量子點敏化太陽能電池的制備方法包括：步驟1，制備生長在鈦網上的ZnO納米片陣列；步驟2，制備ZnO/ZnSe/CdSe電極；步驟3，制備多硫化物固態電解質；步驟4，制備Cu₂S對電極；步驟5，進行電池的封裝。

本發明的目的還可通過如下技術措施來實現：

步驟1包括清潔鈦網，制備、涂抹種子液，放在生長液中生長三個步驟。

清潔鈦網的步驟包括：將裁剪下的鈦網放置于盛有濃鹽酸的燒杯中，超聲清洗10分鐘，然后依次用去離子水和酒精清洗兩次，最后在室溫下氮氣中烘干，鈦網表面呈亮白色，有光澤，無可見污染物，表明鈦網清洗干凈。

制備ZnO種子液的步驟包括：將0.02M的乙酸鋅和0.02M的氫氧化鋰混合，經攪拌混合后，完全溶解，得到無色透明無沉淀的溶液，即為ZnO種子液；涂抹ZnO種子液的步驟包括：用鑷子將清潔后的鈦網輕輕浸沒于盛有種子液的燒杯中，輕輕擺動約1分鐘，使其完全與種子液接觸；而后拿出，用力快速甩干，直至表面無明顯液體為之，然后置于氮氣中吹干剩余的水分，最后放在燒結爐中在350℃下退火15分鐘，冷卻取出后，可以看到鈦絲表面有一層均勻的白色附著物，即為ZnO種子層。

生長ZnO納米片陣列結構的步驟包括：將0.2M硝酸鋅和1M的尿素溶解在去離子水中，在攪拌機的輔助下使其完全溶解，得到ZnO生長液，將生長有種子層的鈦網傾斜放置于反應釜中，倒入生長液使其完全浸沒鈦網，放置于干燥箱中90℃加熱12個小時，取出后，用去離子水沖洗，在室溫下晾干，再在450℃下退火1小時，去除殘余的有機物。

在步驟2中，首先制備ZnO/ZnSe電極，將生長有ZnO納米片的鈦網，浸沒在盛有12mM硒粉和24mM硼氫化鈉的Se^2-離子水溶液中，在55℃下保溫30分鐘，得到厚度適中的ZnSe納米層。

在步驟2中，將ZnO/ZnSe電極進一步放在盛有80mM硝酸鎘的溶液中，在55℃下保溫15分鐘到4小時不等，得到不同厚度的CdSe納米層，最后，將樣品輕輕放在去離子水溶液中清洗，在60℃的空氣中烘干。

在步驟3中，將1M硫化鈉、1M硫單質和0.1M氫氧化鈉溶解在去離子水中，在80℃下攪拌2小時，得到透明橙紅色液體，即為電解質。