亚碲酸铅量子点敏化太阳能电池及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于太阳能技术领域，更具体涉及一种用于太阳能电池的量子点敏化剂及其制备方法。
【背景技术】
[0002]近年来，人类社会正面临着环境不断恶化和能源日渐短缺的严重问题，能源危机已经愈演愈烈，然而现今的能源供给依然主要依赖于化石能源，随着地球上化石燃料的逐渐耗尽及环境污染的日趋加重，人们不得不寻找新的可再生能源。安全可靠、无污染的太阳能无疑是人类未来能源发展的首选。因此，以太阳能作为新能源供应来源最受注目，从技术发展过程或未来前瞻性都受到各界密切的关注。通过光电效应直接把光能转化为电能的装置就是太阳能电池。在各类新型太阳能电池中，由于量子点具有量子限域效应、带隙可调、多激子效应、高消光系数、制造成本低等特点,近年来用无机量子点替代有机染料作为光敏化剂的量子点敏化太阳能电池(Quantum dots-Sensitized Solar Cells,QDSCs)被广泛研究。QDSCs是将吸附了量子点的宽禁带半导体纳米晶薄膜作为正极，表面镀有一层钼的导电玻璃作为对电极，正极和对电极之间加入氧化-还原电解质形成的。量子点吸收太阳光能，电子从基态跃迁到激发态，激发态上面的电子快速注入紧邻的T12导带，量子点中失去的电子很快从电解质中得到补偿，进入T12导带中的电子最终进入导电玻璃，然后通过外电路到对电极产生光电流。虽然QDSCs的转换效率已经得到了极大的提高，但是其效率还是远远低于其30%的理论效率。为了进一步提高QDSCs的效率，有科研工作者将基于T12的η型QDSCs与基于N1的P型QDSCs串联成一块电池形成了叠层太阳能电池(Tandem SolarCells)。染料叠层太阳能电池的理论效率是43%，远远超过单结η型或P型DSSCs的理论效率，其开路电压等于η型电池和P型电池开路电压之和，短路电流是取决于光阳极和光阴极电流的最小者，这是由串联电路的特点决定的。
[0003]然而量子点叠层太阳能电池的电流是由η型和P型QDSCs电流较小者决定，所以量子点敏化叠层太阳能电池的电流被较差的P型量子点敏化太阳能电池电流所束缚，致使量子点敏化叠层太阳能电池的高理论效率未能实现。(Rhee J.H., Lee Y.H., BeraP.Chemical Physics Letters，2009，477，345-348)用 Cu2S 敏化 p 型 N1 制备 QDSC 得到了260-360 μ A / cm2的短路电流密度和91_95mV的开路电压，但是，目前用PbTeO3作为量子点敏化P型N1的工作还未见报道。
【发明内容】
[0004]为了提高基于P型N1的QDSCs的性能，本发明提供了一种用于太阳能电池的PbTeO3量子点敏化剂及其制备方法，使得P型QDSCs的短路电流密度、开路电压和光电转换效率有了较大程度的提升。
[0005]本发明是通过以下技术方案实施的:
亚碲酸铅量子点敏化太阳能电池及其制备方法，该方法是通过SILAR法将PbTeO3量子点中作为敏化剂组装成量子点敏化太阳能电池。
[0006]所述方法的具体步骤为:
1)配备浓度为0.01M-1M含有量子点阳离子的可溶性盐溶液，放入20-50°C的水浴中恒温 30_60min ；
2)配备浓度为0.01M-1M含有量子点阴离子的可溶性溶液，放入20-50°C的水浴中恒温30_60min ；
3)将待敏化的宽禁带半导体光阴极材料浸入步骤I)制备的溶液中Ι-lOmin，取出用相应溶剂清洗干净，并用加热台干燥；
5)将步骤3)得到的光阳极材料浸入步骤2)制备的阴离子溶液中Ι-lOmin，取出用相应溶剂清洗干净，并用加热台干燥，则在光阴极材料上形成PbTeO3量子点敏化剂层；
[0007]本发明的优点在于:将PbTeO3量子点作为敏化剂组装成量子点敏化太阳能电池，通过改变电池光阴极的费米能级位置，从而使得电池的开路电压得到较大程度的提高。在10mff / cm2的光强条件下，该太阳能电池的短路电流密度为0.352mA / cm2，开路电压为111.3mV，光电转换效率为0.0172%，比无PbTeO3量子点敏化的N1太阳能电池的开路电压提高了 83.4%，光电转换效率提高了 57.8%。
[0008]本发明将通过下面实例来进行举例说明，但是，本发明并不限于这里所描述的实施方案，本发明的实施例仅用于进一步阐述本发明。对于本领域的技术人员对本发明的内容所进行的替代、改动或变更，这些等价形式同样落入本申请所限定的范围内。
【附图说明】
[0009]图1为PbTeO3量子点敏化的N1光阴极的紫外-可见吸收光谱图；
图2为无PbTeO3量子点敏化的N1和PbTeO3量子点敏化太阳能电池的J-V曲线；其中，A对应于无PbTeO3量子点敏化的N1太阳能电池，B对应于PbTeO3量子点敏化太阳能电池；
图3为无PbTeO3量子点敏化的N1和PbTeO3量子点敏化太阳能电池的性能参数；
图4为无PbTeO3量子点敏化的N1和PbTeO3量子点敏化太阳能电池的的光电转化效率曲线；其中，C对应于无PbTeO3量子点敏化的N1太阳能电池，D对应于PbTeO3量子点敏化太阳能电池；
图5为无PbTeO3量子点敏化的N1和PbTeO3量子点敏化太阳能电池的电化学交流阻抗谱；其中，E对应于无PbTeO3量子点敏化的N1电池，F对应于PbTeO3量子点敏化太阳能电池，插图为电化学交流阻抗谱的等效电路。
【具体实施方式】
[0010]亚碲酸铅量子点敏化太阳能电池及其制备方法，该方法是将PbTeO3量子点中作为敏化剂组装成量子点敏化太阳能电池。
[0011]实施例1
亚碲酸铅量子点敏化剂及其制备方法的具体步骤为:
1)配备浓度为0.0lM的Pb(NO3)2溶液，放入20-50°C的水浴中30_60min ；
2)配备浓度为0.0lM的Na2TeO3溶液，放入20_50°C的水浴中30_60min ； 3)将待敏化的光阴极材料N1浸入步骤I)制备的溶液中5min，取出用相应溶剂清洗干净，并用加热台干燥；
4)将步骤3)得到的光阳极材料浸入步骤2)制备的Na2Te03溶液中5min，取出用相应溶剂清洗干净，并用热台干燥，则在光阴极材料上形成了 PbTeO3量子点敏化剂层；
[0012]实施例2
亚碲酸铅量子点敏化剂及其制备方法的具体步骤为:
1)配备浓度为0.05M的Pb(NO3)2溶液，放入20-50°C的水浴中30_60min ；
2)配备浓度为0.05M的Na2TeO3溶液，放入20_50°C的水浴中30_60min ；
3)将待敏化的光阴极材料N1浸入步骤I)制备的溶液中5min，取出用相应溶剂清洗干净，并用加热台干燥；
4)将步骤3)得到的光阳极材料浸入步骤2)制备的Na2TeO3溶液中5min，取出用相应溶剂清洗干净，并用热台干燥，则在光阴极材料上形成了 PbTeO3量子点敏化剂层；
[0013]实施例3
亚碲酸铅量子点敏化剂及其制备方法的具体步骤为:
1)配备浓度为0.1M的Pb (NO3) 2溶液，放入20-50。V的水浴中30_60min ；
2)配备浓度为0.1M的Na2TeO3溶液，放入20_50°C的水浴中30_60min ；
3)将待敏化的光阴极材料N1浸入步骤I)制备的溶液中5min，取出用相应溶剂清洗干净，并用加热台干燥；
4)将步骤3)得到的光阳极材料浸入步骤2)制备的Na2TeO3溶液中5min，取出用相应溶剂清洗干净，并用热台干燥，则在光阴极材料上形成了 PbTeO3量子点敏化剂层。
【主权项】
1.一种用于太阳能电池的亚碲酸铅量子点敏化剂，其特征在于所述方法是将亚碲酸铅量子点作为敏化剂组装成量子点敏化太阳能电池。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于所述的太阳能电池为P型一氧化镍量子点敏化太阳能电池。
3.根据权利要求1所述的亚碲酸铅量子点敏化剂，其特征在于所述的量子点敏化方法为连续离子层吸附与反应(Successive 1nic layer adsorpt1n and react1n, SILAR)。
4.根据权利要求1所述的掺杂量子点敏化剂，其特征在于所述方法的具体步骤为: 1)配备浓度为0.0lM-1M含有量子点阳离子的可溶性盐溶液，放入20-50°C的水浴中恒温 30_60min ； 2)配备浓度为0.01M-1M含有量子点阴离子的可溶性溶液，放入20-50°C的水浴中恒温30_60min ； 3)将待敏化的宽禁带半导体光阴极材料浸入步骤I)制备的溶液中Ι-lOmin，取出用相应溶剂清洗干净，并用加热台干燥； 4)将步骤3)得到的光阴极材料浸入步骤2)制备的阴离子溶液中Ι-lOmin，取出用相应溶剂清洗干净，并用加热台干燥，则在光阴极材料上形成亚碲酸铅量子点敏化剂层。
【专利摘要】本发明涉及一种用于太阳能电池的PbTeO3量子点敏化剂及其制备方法，该方法是将PbTeO3量子点作为敏化剂组装成量子点敏化太阳能电池。通过改变光阴极费米能级的位置使电解液的氧化还原电位与光阴极的费米能级的差值增大，最终提高了太阳能电池的开路电压以及光电转换效率。此方法简单，易于操作，成本低，可大面积制作。
【IPC分类】H01G9-20
【公开号】CN104779055
【申请号】CN201310634573
【发明人】邹小平, 赵川, 何胜
【申请人】北京信息科技大学
【公开日】2015年7月15日
【申请日】2014年1月10日