[發明專利]一種量子點共敏化型鈣鈦礦太陽能電池的制備方法

有效

• 申請號: 201410451662.0
• 申請日: 2014-09-05
• 公開（公告）號: CN104183704A
• 公開（公告）日: 2014-12-03
• 發明（設計）人: 楊英;郭學益;肖思;崔嘉瑞
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: H01L51/48
• 分類號: H01L51/48;H01L51/42;H01L51/46
• 代理公司: 長沙星耀專利事務所 43205
• 代理人: 張慧;寧星耀

技術領域

本發明涉及一種制備鈣鈦礦太陽能電池的方法，尤其是涉及一種量子點共敏化型鈣鈦礦太陽能電池的制備方法。

背景技術

近年來，光電器件領域的研究取得了巨大進展，逐漸成為本世紀最具戰略意義的研究領域之一。在此領域中，由于成本低、工藝簡單以及環境友好，納米晶薄膜太陽能電池成為了光電器件領域的研究熱點。其中，無機/有機雜化鈣鈦礦太陽能電池是除染料敏化、量子點敏化太陽能電池、有機太陽能電池之外又一具有獨特光電性能的新型納米晶薄膜太陽能電池，其在光電轉化效率、成本等方面均顯示出巨大的優勢。2006年，以鈣鈦礦型有機鉛鹵化物（ABX₃:?A=CH₃NH₃,?B=Pb,?X=Cl,?I,?Br）為吸光材料的鈣鈦礦太陽能電池首次被提出。此后，鈣鈦礦材料在光電領域迅速得到了廣泛和深入的研究。2012年，Science上報道了光電轉化效率高達10.9%的全固態無機/有機雜化鈣鈦礦太陽能電池，讓鈣鈦礦太陽能電池的研究進入了一個全新的時代。短短兩年后的2014年，該類太陽能電池轉化效率已接近20%，超過非晶硅太陽能電池當前的光電轉化效率，被《Science》評選為2013年十大科學突破之一，顯示了極高的發展應用潛力，是新一代納米晶薄膜太陽能電池研究的主要方向。積極開展鈣鈦礦太陽能電池的研究，在這一極具潛力的領域中占領前瞻性的戰略高地，對今后國民經濟持續性和創新性的發展，具有重大的意義。實現太陽能電池高轉化效率的首要途徑就是盡可能的提高太陽光的利用率，這是光伏科學技術發展中一直令人特別關注的問題。很明顯，通過進一步增強鈣鈦礦太陽能電池在可見光區域的光吸收以及拓展其在紫外和紅外光區域的光吸收，是提高器件光電性能的一個關鍵點。

目前，已研發出量子點太陽能電池和鈣鈦礦太陽能電池，但量子點與鈣鈦礦共敏化的鈣鈦礦太陽能電池還未見報道；現階段的量子點太陽能電池的光電轉化效率普遍比較低且穩定性欠佳；鈣鈦礦太陽能電池雖然在光電轉化效率上相對于量子點太陽能電池有很大的突破，但其缺陷主要在于：鈣鈦礦太陽能電池吸光波長主要在可見光區域400-800nm，而在紫外300-400nm，及近紅外區域800-1400nm的吸收比較少。

發明內容

本發明要解決的技術問題是，克服現有技術中鈣鈦礦太陽能電池對紫外及紅外光區域太陽光的吸光能力弱及光電轉化效率低的缺陷，同時進一步增強鈣鈦礦太陽能電池可見光區域太陽光的吸收，提供一種量子點共敏化型鈣鈦礦太陽能電池的制備方法，使用該方法制備的太陽能電池，光電轉化效率提高。

本發明解決所述技術問題所采用的技術方案是：一種量子點共敏化型鈣鈦礦太陽能電池的制備方法，包括以下步驟：

（1）采用旋涂方法，將TiO₂料漿沉積于導電玻璃表面，使之成膜，經450－500℃處理30－60分鐘后形成TiO₂光陽極；

所述旋涂轉速控制在2000－4000rpm，旋轉時間控制在30-60s，TiO₂料漿的溶劑為無水乙醇或者松油醇，TiO₂料漿的固液比（即TiO₂與溶劑的質量比）=1:2－4；

（2）采用連續離子層吸附反應法（SILAR）在TiO₂光陽極上沉積量子點材料，形成量子點敏化的TiO₂光陽極；

所述量子點材料優選為CdS、CdSe、PbSe或PbTe量子點材料；

所述連續離子層吸附反應法制備量子點的過程中，量子點材料如CdS、CdSe、PbSe或PbTe的陽離子（如Cd²⁺,?Pb²⁺）及陰離子(如S^2-,?Se^2-,?Te^2-)在溶液中的離子濃度均為0.02－0.5mol/L（優選0.04－0.2mol/L，更優選0.04mol/L）；

所述溶液中陽離子與陰離子的離子摩爾濃度比=1︰1；

所述量子點溶液所采用的溶劑為甲醇、乙醇或水；

所述連續離子層吸附反應法中沉積的次數為1－5次；

（3）準備以下質量百分比的原料：二甲基甲酰胺60－80%，甲胺碘10－40%，碘化鉛5－10%；在有機溶劑二甲基甲酰胺中，加入甲胺碘和碘化鉛，在60－80℃恒溫沙浴下攪拌12－18小時，直至形成均一的甲胺鉛碘溶液；