[發(fā)明專利]一種Er摻雜碳量子點輔助的新型光陽極及其制備方法和應用

有效

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• 申請日: 2017-10-16
• 公開（公告）號: CN107731538B
• 公開（公告）日: 2019-02-19
• 發(fā)明（設計）人: 王君;舒曉青;張朝紅;趙成;張旭;房大維;劉逸倫
• 申請（專利權）人: 遼寧大學
• 主分類號: H01G9/20
• 分類號: H01G9/20
• 代理公司: 沈陽杰克知識產權代理有限公司 21207
• 代理人: 金春華

本發(fā)明涉及一種Er摻雜碳量子點輔助的新型光陽極及其制備方法和應用。摻鉺碳量子點(Er?CQDs)采用水熱法制備。CdS量子點(CdS QDs)通過連續(xù)離子層吸附和反應(SILAR)方法沉積在Er?CQDs/TiO₂薄膜上。Er?CQDs在光陽極的存在通過X射線能量分析光譜和透射電子顯微鏡證實。用電化學方法研究Er?CQDs的引入對硫化鎘量子點敏化太陽能電池光電性能的影響，結果顯示Er?CQDs具有拓寬CdS QDs的光吸收范圍和電子傳輸?shù)墓δ埽瑥亩軌蛱岣逤dS QDSSCs的光伏性能。本發(fā)明的新型光陽極可廣泛應用于太陽能電池，尤其是量子點敏化太陽能電池領域，前景廣闊。

技術領域

本發(fā)明屬于量子點敏化太陽能電池領域，尤其是在硫化鎘量子點敏化太陽能電池上的應用。

背景技術

隨著人類社會的發(fā)展，人類對能源的需求不斷增大，而在對傳統(tǒng)能源的使用時造成了嚴重的能源危機和環(huán)境污染等問題。人類迫切需要尋找一種可持續(xù)的清潔能源。因為太陽能是一種取之不盡，用之不竭的清潔能源，因此，將太陽能轉化為其他形式的能源可以解決人類對能源的巨大需求，從而解決環(huán)境污染問題。太陽能電池是一種將太陽能轉化為電能的器件。在各類太陽能電池中，量子點敏化太陽能電池因其具有獨特的優(yōu)越性而備受關注，被認為將是下一代太陽能電池。

量子點敏化太陽能電池(QDSSCs)具有獨特的電子和光學性能、低成本、簡單的制作工藝等優(yōu)點。此外，量子點敏化太陽能電池的理論能量轉換效率能夠達到44％，超過了基于熱電子提取和多激子產生效益的Shockley–Queisser極限。到目前為止，已經(jīng)有許多量子點被運用在量子點敏化太陽能電池上，如：CdS、PdS、CdTe等。在這些敏化劑中，CdS具有2.4eV禁帶寬度能夠吸收太陽光中的大部分可見光、更高的光子電子轉化效率、簡單的合成過程等優(yōu)點。這些優(yōu)點使CdS成為一個優(yōu)良的吸光材料。此外，CdS的導帶位置高于TiO₂，這有利于光生電子從CdS注入到TiO₂上。近些年來，CdS量子點敏化太陽能電池(CdS QDSSCs)的能量轉換效率已經(jīng)有很大的提高。然而，目前基于TiO₂光陽極的CdS量子點敏化太陽能電池的能量轉換效率仍然遠遠低于它的理論能量轉換效率。有兩個因素導致了這一結果，其一是CdS的吸光能力和范圍小，另一因素是電荷分離與收集效率低。

發(fā)明內容

為了能夠同時解決CdS QDs的吸光能力弱、吸光范圍窄以及電荷分離與收集效率低的問題，本發(fā)明提供了一種將摻鉺碳量子點(Er-CQDs)引入硫化鎘量子點敏化太陽能電池光陽極的方式。引入Er-CQDs到光陽極中可以大大提高硫化鎘量子點敏化太陽能電池的光伏性能。

本發(fā)明采用的技術方案是：一種Er摻雜碳量子點輔助的新型光陽極，所述的Er摻雜碳量子點輔助的新型光陽極是CdS/Er-CQDs/TiO₂。

一種Er摻雜碳量子點輔助的新型光陽極的制備方法，包括如下步驟：將鍍有Er-CQDs/TiO₂薄膜的FTO玻璃依次經(jīng)在硝酸鎘溶液中沉浸1min、甲醇漂洗、空氣中干燥1min的離子層吸附處理和在Na₂S溶液中沉浸1min、甲醇漂洗、空氣中干燥1min的反應處理；離子層吸附處理和反應處理重復6-8次；所述的硝酸鎘溶液由硝酸鎘、水和甲醇混合制成；所述的Na₂S溶液由Na₂S、水和甲醇混合制成。

所述的鍍有Er-CQDs/TiO₂薄膜的FTO玻璃的制備方法包括如下步驟：將鍍有TiO₂薄膜的FTO玻璃浸入Er-CQDs的水溶液中，在室溫下靜置24h，50℃干燥。

所述的Er-CQDs的制備方法包括如下步驟：采用回流法和水熱法制備，將三乙四胺六乙酸和氧化鉺溶于去離子水中，加熱回流至溶液透明，調節(jié)溶液pH至5，再將溶液濃縮，最后將濃縮溶液轉移至聚四氟乙烯反應釜中，加熱至180℃，保持10h，冷卻至室溫。