用于量子点敏化太阳能电池的复合光阳极及制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于量子点敏化太阳能电池制备技术领域，具体涉及一种用于量子点敏化太阳能电池的复合光阳极，还涉及上述用于量子点敏化太阳能电池的复合光阳极的制备方法。
【背景技术】
[0002]近年来，随着人们对能源的需求不断增加和石化燃料储量的持续减少，寻找一种新的来源丰富、绿色环保的替代能源已成为目前科研的重要课题之一。太阳能作为一种取之不尽的天然能源日益受到全世界的关注，尤其是把太阳能直接转化为电能的太阳能电池研宄已成为目前研宄的热点。
[0003]量子点敏化太阳能电池(QDSSC)是上世纪90年代出现的第三代太阳能电池，即利用窄禁带的无机半导体量子点(QD)敏化宽禁带的基底材料。量子点相对于染料有很大的优势，一方面，其具有量子限域效应，可以通过控制其尺寸和形状来调节量子点的带隙宽度，以此来调节吸收光谱的范围；另一方面，半导体量子点具有激子倍增效应(MEG)，一个高能量的光子激发半导体量子点，可以产生多个电子-空穴对(见A.Shabaev1Al.L.Efros, A.J.Nozik, Nan0.Letters 2006,6，第 22856-22863 页)。如果将半导体量子点的此两大优点应用到太阳能电池中，QDSSC效率的理论值可达到44% (M.C.Hanna, A.J.Nozik, Appl.Phys.2006，100，074510)，比晶体硅太阳能电池的理论值32.9%高很多。因此，不论是在成本还是在应用上，QDSSC的发展的潜力是巨大。
[0004]目前，量子点敏化太阳能电池的光阳极结构主要有两种:第一种是多孔的1102纳米晶膜，这种纳米晶膜可提供高的比表面用于光敏剂的加载，然而此结构的缺点是在纳米晶边界存在严重的电子捕获和散射，另外10_20nm尺寸的小粒径无序的网状结构对光散射能力差；第二种是一维的ZnO(或T12)纳米线阵列，这些一维结构对光生电子能够提供连续的通道，大大降低了粒子的边界效应，并且对注入的光具有良好的散射作用，从而增强光的利用，除此之外，单晶的一维结构相对零维结构具有百倍的电子扩散系数。尽管一维纳米结构光阳极有众多优点，但是电池效率还是远低于纳米晶膜，其主要的原因是纳米线阵列膜的比表面积只有纳米晶膜的一半，大大降低了光敏剂的加载，在电池参数方面主要表现在低的光电流和电池效率。对于这两种结构优缺点的综合，如果能克服其缺点，继承两者的优点，将两者结合起来，那么电池的效率就有可能得到大幅提高。
【发明内容】
[0005]本发明的一个目的是提供一种用于量子点敏化太阳能电池的复合光阳极，该复合光阳极兼具了 T12纳米晶膜和ZnO纳米线的优点，解决了现有光阳极制备的量子点敏化太阳能电池电池效率低的问题。
[0006]本发明的第二个目的是提供上述复合光阳极的制备方法。
[0007]本发明采用的第一个技术方案是，一种用于量子点敏化太阳能电池的复合光阳极，包括附有T12阻挡层的导电玻璃，在T12阻挡层上，由下至上还附有T12纳米晶/ZnO纳米线复合层和T12纳米晶层。
[0008]优选地，T12纳米晶/ZnO纳米线复合层和T1 2纳米晶层的厚度之和为10?15 μ m0
[0009]本发明采用的第二个技术方案是，上述用于量子点敏化太阳能电池的复合光阳极的制备方法，包括以下步骤:
[0010]步骤I，制备Ti02/Zn0纳米晶混合浆料；
[0011]首先将ZnO纳米晶分散于乙醇得到ZnO纳米晶胶体，再用适量乙醇稀释ZnO纳米晶胶体；然后将T12纳米粉放入研钵，先加入水进行初步研磨，再将用乙醇稀释过的ZnO纳米晶胶体分多次加入研钵继续研磨，形成混悬液；在超声与搅拌的条件下，依次向混悬液中加入松油醇和乙基纤维素乙醇溶液，最后70°C水浴使乙醇部分挥发，得到粘度适合于丝网印刷的Ti02/Zn0纳米晶混合浆料。
[0012]步骤2，制备多孔Ti02/Zn0复合纳米晶膜；
[0013]采用丝网印刷技术，具体按照以下步骤实施:在附有1102阻挡层的导电玻璃上涂覆Ti02/Zn0纳米晶混合浆料，待浆料固化后再涂覆T12纳米晶浆料，最后放入马弗炉煅烧，得到附有多孔Ti02/Zn0复合纳米晶膜的基片。
[0014]步骤3，制备T12纳米晶/ZnO纳米线复合层；
[0015]先将Zn(NO3)2水溶液加入六次甲基四氨(HMTA)水溶液，然后依次加入聚乙烯亚胺(PEI)水溶液和NH4OH水溶液，并用硝酸将溶液pH调节至碱性9.2-9.4，得到ZnO纳米线的生长溶液；再将步骤2的附有多孔Ti02/Zn0复合纳米晶膜的基片插入生长溶液中，采用水热法生长ZnO纳米线，得到附有T12纳米晶/ZnO纳米线复合膜的基片。
[0016]步骤4，制备复合光阳极；
[0017]采用SILAR法实现CdSe量子点在复合膜内的沉积，得到用于量子点敏化太阳能电池的复合光阳极。
[0018]本发明还具有以下特点:
[0019]优选地，步骤I中，1102纳米粉、ZnO纳米晶、松油醇和乙基纤维素的质量比为1: (0.05-0.5):4:0.5。
[0020]优选地，步骤2中，Ti02/Zn0纳米晶混合浆料分2_3次涂覆，每次涂覆之后静置，等浆料流动平衡后放入烘箱中固化后再涂覆下一次。
[0021]优选地，煅烧具体为:先以3°C /min的速率从室温升到450°C，再退火30min。
[0022]优选地，步骤3生长溶液中，Zn (NO3)2浓度为0.025?0.05mol/L，HMTA浓度为0.0125 ?0.025mol/L，PEI 浓度为 0.005mol/L，NH4OH 浓度为 0.35 ?0.45mol/L。
[0023]优选地，水热法生长ZnO纳米线为在93°C的水浴中生长5?10小时。
[0024]步骤4SILAR法具体为:将步骤3的附有T12纳米晶/ZnO纳米线复合膜的基片依次浸入Se2—溶液、去离子水、Cd2+溶液、另一去离子水，重复多次后烘干得到复合光阳极；其中，Se2_溶液和Cd 2+溶液浓度相等，附有T1 2纳米晶/ZnO纳米线复合膜的基片在Se 2_溶液和Cd2+溶液中浸入的时间相同。
[0025]优选地，Se2_溶液和Cd 2+溶液浓度均为0.05mol/L ；附有T1 2纳米晶/ZnO纳米线复合膜的基片在Se2—溶液和Cd 2+溶液中浸入的时间为lmin。
[0026]本发明所用到的原料均为化学领域常用物品，可以由实验室常用方法制备得到，也可以通过市售获得，本发明不限制这些物料的来源。
[0027]本发明所用导电玻璃为FTO玻璃或ITO玻璃等常见导电玻璃，本发明同样不限制导电玻璃的种类。
[0028]本发明的有益效果是:(I)本发明的用于量子点敏化太阳能电池的复合光阳极具有复合结构，将纳米晶与纳米线有效的复合在一起，在纳米晶膜中引入纳米线可提高纳米晶膜对注入光的散射作用，同时单晶纳米线可提供电子传输的快速通道。(2)本发明制备方法的关键点在于Ti02/Zn0纳米晶复合浆料的制备与ZnO纳米线水热生长的控制。直接引入纳米线生长的种子，通过一步原位生长获得纳米线与纳米晶的复合膜，优点是工艺简单、成本低廉、可大面积制备、重复性好。(3)采用本发明制备的光阳极利用纳米晶大的比表面吸附更多的量子点，提高光捕获，利用一维纳米线高的光散射作用，降低光阳极对光的反射与透射损失，增强光吸收，利用单晶结构高的电子扩散系数提供畅通的电子传输通道，以上优点的集合使得电池的光电转换性能得到了很大的提高。
【附图说明】
[0029]图1是本发明的复合光阳极的制备流程图；
[0030]图2是本发明的