一种量子点钙钛矿共敏化太阳能电池及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种量子点钙钛矿共敏化太阳能电池及其制备方法，尤其是涉及一种钙钛矿太阳能电池中红外吸光及光电转化增强的方法。
【背景技术】
[0002]面对目前能源及环境的危机，太阳能作为一种可再生清洁能源可以很好的解决目前人类社会日益尖锐的环境和能源之间的矛盾。太阳能光伏器件能直接将太阳能转化为电能，在此领域中，研发高效低成本的新型太阳能电池是实现太阳能光伏发电广泛应用的技术基础。自2009年Kojima制备出第一块效率为3.8%的钙钛矿太阳能电池，这种基于钙钛矿型吸光材料CH3NH3PbX3 (X代表卤素元素)的太阳能电池引起了全世界的关注。到现在为止，钙钛矿太阳能电池的最高效率已经达到20.1%。积极开展钙钛矿太阳能电池的研究，在这一极具潜力的领域中占领前瞻性的战略高地，对今后国民经济持续性和创新性的发展，具有重大的意义。
[0003]实现太阳能电池高转化效率的首要途径就是尽可能的提高太阳光的利用率，这是光伏科学技术发展中一直令人特别关注的问题。从现有的研究看，钙钛矿太阳能电池虽然在光电转化效率上有很大的突破，但其缺陷主要在于:钙钛矿吸光材料CH3NH3PbI3、CH3NH3PbBr3*别在400_800nm和400_600nm可见光范围有非常优良的吸收能力，但是它们在近红外区间的吸收能力却是极小的。目前，已有报道通过制备具有红外吸光能力的窄带隙PbS量子点与钙钛矿型吸光材料相结合，可以提高钙钛矿太阳能电池在近红外800-1000nm范围的吸光能力，但是却很难大幅度的提高钙钛矿太阳能电池在红外光区间的光电转化能力，原因推测是在PbS量子点吸光层与1102光阳极界面以及PbS量子点吸光层与空穴传输层界面存在大量的电子空穴复合。
[0004]中国专利公开号CN104183704A公开了一种量子点共敏化型钙钛矿电池的制备方法，其采用的量子点材料为PbSe和PbTe以拓展钙钛矿太阳能电池在近红外的光吸收，但铅系窄带隙量子点存在一定的毒性，且其光电转化效率最高不超过6%。推测其主要原因在于量子点与光阳极界面，以及量子点与空穴传输层界面存在大量的电子空穴复合，未能产生有效的光电转化。很明显，采用环境友好的量子点材料，同时通过表面改性量子点以改善量子点/光阳极以及量子点/空穴传输层的界面性能，减少电荷复合，进一步增强钙钛矿太阳能电池在近红外光区域的光电转化，是器件实际应用及光电性能进一步提高的关键。
【发明内容】
[0005]本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中钙钛矿太阳能电池对近红外光区域太阳光的光电转化效率低的缺陷，提供一种量子点钙钛矿共敏化太阳能电池及其制备方法，该太阳能电池对红外吸光及光电转化效率较高。
[0006]本发明解决所述技术问题所采用的技术方案是:
[0007]一种量子点钙钛矿共敏化太阳能电池的制备方法，包括以下步骤:
[0008]I)在导电基底上制备T12光阳极；
[0009]2)采用连续离子层吸附反应法在T12光阳极上沉积量子点材料，形成量子点吸附的1102光阳极，所述量子点材料为Ag 2S或Ag2Se量子点；
[0010]3)采用连续离子层吸附反应法在量子点吸附的1102光阳极上沉积表面改性材料，形成表面改性量子点吸附的T12光阳极，所述表面改性材料为ZnS量子点；
[0011 ] 4)在表面改性量子点吸附的T12光阳极上依次制备CH 3順种&膜、空穴传输层和对电极，得到量子点钙钛矿共敏化太阳能电池，其中，X = Cl、I或Br。
[0012]上述的制备方法，优选的，所述步骤2)中，采用连续离子层吸附反应法在1102光阳极上沉积量子点材料的过程中，量子点材料的阳离子及阴离子在溶液中的离子浓度均为0.02 ?0.5mol/L0
[0013]上述的制备方法，优选的，所述步骤3)中，连续离子层吸附反应法在量子点吸附的T12光阳极上沉积的表面改性材料的粒径为3?10nm。
[0014]上述的制备方法，优选的，所述步骤3)中，采用连续离子层吸附反应法在量子点吸附的打02光阳极上沉积表面改性材料的过程中，表面改性材料的阳离子及阴离子在溶液中的离子浓度均为0.02?0.5mol/Lo
[0015]上述的制备方法，优选的，所述步骤I)中，1102光阳极的制备过程是将T12料浆旋涂在导电基底上，所述打02料浆的溶剂为无水乙醇或者松油醇，T1 2料浆的固液质量比=1:2?4 ;所述导电基底为导电玻璃。
[0016]上述的制备方法，优选的，所述旋涂过程的转速控制在2000?4000rpm，旋转时间控制在30?60s。
[0017]上述的制备方法，优选的，所述步骤4)中，CH3NH3PbXJ莫的制备过程是将CH3NH3PbX3溶液旋涂在表面改性量子点吸附的1102光阳极上并热处理得到；所述CH3NH3PbX3溶液是将质量百分比为60?80 %的二甲基甲酰胺、10?40 %的CH3NH3X和5?10 %的PbX2混合，在60?80°C下搅拌12?18h得到，其中，X = C1、I或Br ;所述对电极为铂电极。上述的制备方法，优选的，所述旋涂过程的旋转速度为2500?4000rpm，旋转时间30?60s ；所述CH3NH3PbXJ莫为甲胺铅碘膜。
[0018]上述的制备方法，优选的，所述步骤4)中，空穴传输层是将空穴传输材料溶液滴加在所述CH3NH3PbXJ莫的表面经干燥得到，所述空穴传输材料溶液的组成为:质量百分数为99%?99.5%的氯苯、0.1?0.5%的聚3-己基噻吩或2，2，7，7-四[N，N-二(4-甲氧基苯基)氨基]_9，9-螺二芴、0.1?0.4%的二(三氟甲磺酰)亚胺锂、0.02?0.1%的4-叔丁基P比啶。
[0019]作为一个总的发明构思，本发明还提供一种量子点钙钛矿共敏化太阳能电池，由上述的制备方法获得。
[0020]与现有技术相比，本发明的优点在于:
[0021]I)本发明涉及的一种量子点钙钛矿共敏化太阳能电池的制备方法，利用ZnS量子点表面改性的Ag2S以及Ag2Se环境友好量子点与钙钛矿吸光材料一起作为钙钛矿太阳能电池的复合光吸收层，可有效的大幅度的提高钙钛矿太阳能电池在800-1 10nm (Ag2S)以及800-2500nm (Ag2Se)光电转化效率。
[0022]2)本发明所涉及的多种量子点材料，均可采用溶液化学法、连续离子层吸附反应法简单制备，量子点材料的种类可以通过改变阳离子和阴离子溶液的种类进行改变，量子点的粒径可以通过改变沉积次数来控制(沉积次数越多，粒径越大，吸光范围也会相应向长波方向移动)；从而达到控制其吸光范围及性能的目的。Ag2S SAg2Se量子点在近红外有较强的光吸收；通过ZnS量子点的表面改性以上量子点材料可有效的改善量子点/光阳极以及量子点/空穴传输层界面的性能，提高钙钛矿太阳能电池在近红外光区间的光吸收及光电转化，从而提高器件的光电转化效率。
[0023]3)本发明将ZnS表面改性的Ag2S或Ag2Se量子点作为红外光吸收剂与具有可见光吸收特性的钙钛矿(CH3NH3PbX3, X = Cl, I, Br)相结合，扩展或增强钙钛矿太阳能电池吸光范围及红外光电转化能力、最终达到提高钙钛矿太阳能电池光电转化效率的目的。
【具体实施方式】
[0024]为了便于理解本发明，下文将结合较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。
[0025]除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。
[0026]除有特别说明，本发明中用到的各种试剂、原料均为可以从市场上购买的商品或者可以通过公知的方法制得的产品。
[0027]实施例1:
[0028]一种本发明的量子点钙钛矿共敏化太阳能电池，其制备方法包括以下步骤:
[0029]I)采用旋涂方法(转速3200rpm，旋转时间50s)，将1102料浆(T1 2与溶剂乙醇固液质量比=1:2.5)沉积于导电玻璃表面，使之成膜，经460°C处理45分钟后形成1102光阳极。
[0030]2)采用连续离子层吸附反应法(SILAR)在T12光阳极上沉积Ag 2S量子点材料，形成Ag2S量子点吸附的T12光阳极；
[0031]其中连续离子层吸附反应法制备量子点的过程中，量子点材料Ag2S的阳离子溶液(AgNO3)及阴离子溶液(Na2S)的离子浓度均为0.2mol/L，阳离子与阴离子溶液的离子摩尔浓度比=I: I ;所采用的溶剂为乙醇；沉积的循环次数为3次。
[0032]3)采用连续离子层吸附反应法(SILAR)在步骤2)所得Ag2S量子点吸附1102光阳极上沉积ZnS量子点材料，形成ZnS改性Ag2S量子点敏化的1102光阳极。
[0033]其中连续离子层吸附反应法制备量子点的过程中，量子点材料ZnS的阳离子溶液(Zn (NO3)2)及阴离子溶液(Na2S)的离子浓度均为0.2mol/L，阳离子与阴离子溶液的离子摩尔浓度比=I: