专利名称：一种具有宽光谱响应的量子点敏化氧化物薄膜的制备方法
技术领域：
本发明涉及敏化太阳能电池技术领域，具体地说是一种具有宽光谱响应的量子点 敏化氧化物薄膜的制备方法。
背景技术：
染料敏化太阳能电池是一种通过光电极将太阳能转换为电能或电能和化学能的 光电转换器件。目前最成功的是Gr tzel型太阳能电池，即以染料敏化纳米氧化物薄膜为 光阳极的太阳能光电池。其中用于制备光阳极的半导体材料有很多，如Ti02、Zn0、Nb205等， 但最常用的是Ti02。TiO2是一种价格便宜且应用广泛的材料，它的制备简单、无毒、稳定，且 抗腐蚀性能好。但由于其禁带宽度较大(金红石的带隙为3 ev，锐钛矿的带隙为3. 2 ev), 吸收范围都在紫外区，因此需要进行染料敏化，才能吸收可见光区的能量。敏化剂是影响光电转换效率的关键因素，而不断提高光电转换效率是染料敏化太 阳能电池发展的目标，因此染料敏化太阳能电池对敏化剂的要求非常高。目前用于敏化的 大部分有机染料分子都可吸收可见光，但其吸收域比较窄，经历几千次乃至上万次循环之 后性能大大降低，不能满足长时间工作对热稳定性的要求，因此使进一步提高光电转换效 率受到限制。随着半导体量子点制备技术的发展，利用低能隙的半导体量子点敏化T^2电 极已成为光电极材料研究的热点。半导体量子点的优势在于制备方便、价格低廉、消光系数 高、带隙可调、热稳定性好等。但以半导体量子点作为敏化剂，只有非常靠近TiO2表面的敏 化剂才能把激发态的电子顺利地注入到TiA导带中，多层敏化剂的存在反而会阻碍电子的 运输，导致转换效率下降，因此由于只能吸附一层量子点，受到单一量子点吸收光谱范围的 限制，对太阳光的利用率仍然不高。为了提高对太阳光的利用率，有人提出将吸收光谱范围不同的不同粒径大小的同 种量子点吸附在单层TiO2纳米管的管道里，使粒径较小的量子点吸收能量较高的太阳光， 粒径较大的量子点吸收能量较低的太阳光。但这种方法由于不同粒径大小的量子点在被 TiO2纳米管吸附过程中没有严格分区，当太阳光照射时，每种粒径的量子点在吸附了一定 能量范围的太阳光后还会造成其他能量范围的太阳光的损失，因此对太阳光的利用效果提 高不明显。
发明内容
本发明的目的在于针对目前量子点敏化TW2电极对太阳光的利用率不高、光电转 换效率较低的不足，在透明导电基底上层叠多层具有不同光谱响应的量子点敏化氧化物薄 膜，提供了一种具有宽光谱响应的量子点敏化氧化物薄膜的制备方法。实现本发明目的的具体技术方案是
一种具有宽光谱响应的量子点敏化氧化物薄膜的制备方法，其特征在于该方法包括以 下具体步骤
第一步利用电泳沉积法在透明导电基底上沉积氧化物，得到第一层多孔氧化物薄膜，薄膜经清洗、氩气吹干后，在低温下干燥；
第二步利用浸泡吸附或电泳沉积法将量子点敏化材料沉积到第一层多孔氧化物薄 膜的孔道表面上，得到第一层量子点敏化的氧化物薄膜，薄膜经清洗、氩气吹干后，在低温 下干燥；
第三步在第二步中得到的量子点敏化氧化物薄膜上依次重复第一步和第二步操作， 得到两层层叠的量子点敏化氧化物薄膜；
第四步在第三步得到的两层层叠量子点敏化氧化物薄膜上依次重复第一步和第二 步操作，得到多层层叠的量子点敏化氧化物薄膜，以此重复数次，得到具有宽光谱响应的量 子点敏化氧化物薄膜； 其中
所述透明导电基底为铟锡氧化物导电玻璃或掺氟的SnO2导电玻璃； 所述氧化物为 Ti02、ZnO, W2O3> Nb2O5 或 Al2O3 ；
所述量子点敏化材料是由化学元素周期表中II-VI族或III-V族元素组成的无机量子点。所述层叠的量子点敏化氧化物薄膜中，每层所使用的量子点的光谱吸收范围不 同。其中第一层氧化物薄膜中所使用的量子点的吸收波长最短(或吸收能量最高)，第二层 中的次之，第三层中的再次之。以此类推，直至所有量子点的光谱吸收范围叠加后能从紫外 区扩展到近红外区。所述的无机量子点是种类或大小或形状不同的量子点，因而它们的光谱吸收范围 叠加后可从紫外区扩展到近红外区。所述的无机量子点具有能与所述的金属氧化物表面结合的功能性基团，如羟基、
羧基、磺酸基等。本发明弥补了现有技术的不足，采取多种量子点协同敏化，提高对太阳光的利用 率，增强光电转换效率，提供了一种具有宽光谱响应的量子点敏化氧化物薄膜的制备方法。 利用电泳沉积法在透明导电基底上层叠多层具有不同光谱响应的量子点敏化氧化物薄膜， 当太阳光照射到薄膜上时，能量较高的紫外光首先被第一层能带隙最大或粒径最小的量子 点吸收，能量稍低的可见光穿过后被稍后层的能带隙稍小或粒径稍大的量子点吸收，能量 很低的近红外光继续穿过后被最后层的能带隙最小或粒径最大的量子点吸收，这样由于各 种不同量子点的配合使用，相互弥补了各自吸收光谱范围不够宽的缺点，使所有量子点的 光谱吸收范围叠加后能从紫外区扩展到近红外区，从而实现了制备具有宽光谱响应的量子 点敏化氧化物薄膜。
图1为本发明制备的具有宽光谱响应的量子点敏化氧化物薄膜的示意图； 图2为实施例4中三种量子点的紫外-可见-近红外光吸收光谱图。
具体实施例方式通过以下具体实施例来进一步阐述本发明 实施例1(1)将合适尺寸的ITO导电玻璃和锌片清洗干净并吹干。(2)称取0.1 g的P25 TiO2粉末分散于10 ml正丁醇中，超声30 min，然后离心 分离，取上层清液即制得稳定的TW2悬浮液。(3)将ITO导电玻璃作为阳极，锌片作为阴极，浸入上述TiO2悬浮液中，设定外加 电压为15 V，沉积时间为5 min，即可在ITO导电玻璃上得到第一层多孔TiO2薄膜。薄膜 经清洗、氩气吹干后，在低温下干燥。(4)取表面带有负电荷的巯基乙酸(TGA)修饰的SiS (TGA-ZnS)量子点水溶胶2. 5 ml，加入0. 5 ml 5 mg/ml抗坏血酸水溶液，用0. 1 M NaOH调节其pH值为9. 0。(5)将步骤(3)中表面沉积有多孔TiO2薄膜的ITO导电玻璃作为阳极，锌片作为 阴极，浸入上述TGA- ZnS量子点水溶胶中，设定外加电压为2. 8 V，沉积时间为5 min，即可 在第一层TiO2薄膜的孔道内表面上沉积一层ZnS量子点。取出ITO导电玻璃，用去离子水 清洗后再用氩气吹干。(6)将步骤(5)中表面沉积有第一层TiO2并吸附了 ZnS量子点的ITO导电玻璃作 为阳极，锌片作为阴极，浸入T^2悬浮液中，利用电泳沉积法可沉积出第二层多孔T^2薄 膜。薄膜经清洗、氩气吹干后，在低温下干燥。(7)取表面带有负电荷的巯基乙酸(TGA)修饰的CdS (TGA-CdS)量子点水溶胶2. 5 ml，将步骤(6)中表面沉积了第二层多孔TiO2薄膜的ITO导电玻璃浸泡在其中10 h，即可 在第二层TiO2薄膜的孔道内表面上吸附一层CdS量子点。取出ITO导电玻璃，用去离子水 清洗后再用氩气吹干。(8)将步骤(7)中的ITO导电玻璃作为阳极，锌片作为阴极，浸入TiO2悬浮液中， 利用电泳沉积法可沉积出第三层多孔TiO2薄膜。薄膜经清洗、氩气吹干后，在低温下干燥。(9)取表面带有负电荷的巯基乙酸(TGA)修饰的I^bS (TGA-PbS)量子点水溶胶2. 5 ml，加入0. 5 ml 5 mg/ml抗坏血酸水溶液，用0. 1 M NaOH调节其pH值为10. 0。(10)将步骤(8)中表面沉积了第三层多孔TiO2薄膜的ITO导电玻璃作为阳极， 锌片作为阴极，浸入上述TGA- PbS量子点水溶胶中，设定外加电压为2. 8 V，沉积时间为5 min，即可在第三层TiO2薄膜的孔道内表面上沉积一层PbS量子点。取出ITO导电玻璃，用 去离子水清洗后再用氩气吹干、保存。实施例2
本实施例与实施例ι步骤相似，所不同的是使第一层多孔TW2薄膜的孔道内表面上吸 附量子点，第二层多孔TiA薄膜的孔道内表面上吸附Cdk量子点，第三层多孔TiA 薄膜的孔道内表面上吸附1 量子点。实施例3
本实施例与实施例ι步骤相似，所不同的是使第一层多孔TW2薄膜的孔道内表面上吸 附SiTe量子点，第二层多孔TiA薄膜的孔道内表面上吸附CdTe量子点，第三层多孔TW2 薄膜的孔道内表面上吸附1 量子点。实施例4
本实施例与实施例1步骤相似，所不同的是使第一层多孔TiA薄膜的孔道内表面上吸 附粒径为2.5 nm的CdTe量子点，第二层多孔TiO2薄膜的孔道内表面上吸附粒径为5.8 nm 的CdTe量子点，第三层多孔TW2薄膜的孔道内表面上吸附粒径为2. 9 nm的I^bS量子点。
以上所述仅是本发明的优选实施方式。应当指出，对于本技术领域的技术人员来 说，依据本发明的技术原理和思想，还可以做出若干变更和改进，例如将用于敏化氧化物薄 膜的量子点替换成各种有机染料分子或大环金属配合物，这些变更和改进也应视为本发明 的保护范围。
权利要求
1. 一种具有宽光谱响应的量子点敏化氧化物薄膜的制备方法，其特征在于该方法包括 以下具体步骤第一步利用电泳沉积法在透明导电基底上沉积氧化物，得到第一层多孔氧化物薄 膜，薄膜经清洗、氩气吹干后，在低温下干燥；第二步利用浸泡吸附或电泳沉积法将量子点敏化材料沉积到第一层多孔氧化物薄 膜的孔道表面上，得到第一层量子点敏化的氧化物薄膜，薄膜经清洗、氩气吹干后，在低温 下干燥；第三步在第二步中得到的量子点敏化氧化物薄膜上依次重复第一步和第二步操作， 得到两层层叠的量子点敏化氧化物薄膜；第四步在第三步得到的两层层叠量子点敏化氧化物薄膜上依次重复第一步和第二 步操作，得到多层层叠的量子点敏化氧化物薄膜，以此重复数次，得到具有宽光谱响应的量 子点敏化氧化物薄膜； 其中所述透明导电基底为铟锡氧化物导电玻璃或掺氟的SnA导电玻璃； 所述氧化物为 Ti02、ZnO, W2O3> Nb2O5 或 Al2O3 ；所述量子点敏化材料是由化学元素周期表中II-VI族或III-V族元素组成的无机量子点。
全文摘要
本发明公开了一种具有宽光谱响应的量子点敏化氧化物薄膜的制备方法，该方法的具体步骤(1)利用电泳沉积法在透明导电基底上沉积氧化物，得到第一层多孔氧化物薄膜；(2)利用浸泡吸附或电泳沉积法将量子点敏化材料沉积到第一层多孔氧化物薄膜的孔道表面上，得到第一层量子点敏化的氧化物薄膜；(3)在第二步中得到的量子点敏化氧化物薄膜上依次重复第一步和第二步操作，得到两层层叠的量子点敏化氧化物薄膜；(4)在第三步得到的两层层叠量子点敏化氧化物薄膜上依次重复第一步和第二步操作，得到多层层叠的量子点敏化氧化物薄膜，以此重复数次，得到具有宽光谱响应的量子点敏化氧化物薄膜。本发明得到的量子点敏化氧化物薄膜，相互弥补了各自吸收光谱范围不够宽的缺点，使所有量子点的光谱吸收范围叠加后能从紫外区扩展到近红外区，具有宽光谱响应。
文档编号H01G9/04GK102148098SQ201010609460
公开日2011年8月10日 申请日期2010年12月28日 优先权日2010年12月28日
发明者丁旵明, 周丽英, 欧阳涛 申请人:华东师范大学