专利名称：一种量子点敏化太阳能电池的制作方法
技术领域：
本发明属于太阳能电池制造领域，具体涉及到一种以碳材料为对电极的量子点敏 化太阳能电池。
背景技术：
面对全球化石能源日益枯竭，取之不尽用之不竭的太阳能可以替代化石能源解决 日益严重的能源危机问题。在各类新型太阳能电池中，染料敏化太阳能电池(DSCs)以成本 低廉、制作工艺简单、相对较高的光电转换效率而成为研究热点(0’Regan，B. ,Gratzel5M.， Nature, 1991，353，737)。但是它们的缺点也不容忽视一方面染料的稳定性还有待进一步 提高，另一方面价格相对较高，限制了染料敏化太阳能电池成本的进一步降低。而采用价格 便宜的窄禁带无机半导体纳米晶即量子点，作为敏化剂，可以进一步降低电池成本。并且， 与一般染料吸收一个光子最多产生1个电子不同，量子点可以由1个高能光子产生多个电 子，使量子产率将大大提高(Nozik, A. J.，PhysicaE, 2002，14，115)。通常用于量子点敏化太阳能电池的对电极主要包括导电玻璃上载钼电极(Lin， S. C.，Lee, Y. L.，etc, Appl. Phys. Lett. 2007,90，143517)、金电极(Lee, Y. L.，Lo, Y. S.， Adv. Funct. Mater. 2009，19，604)禾口 硫化亚铜电极(Toyoda, T.，Bisquert, J.，etc, Nanotechnology 2009，20，295204)三种。这些对电极都存在一定的缺点，如钼电极和金电 极价格昂贵，而硫化亚铜电极稳定性差，这几种电极都很难应用于大面积量子点敏化太阳 能电池中。
发明内容
因此，本发明的目的在于克服上述现有技术的缺陷，提供一种以碳材料为对电极 的量子点敏化太阳能电池。本发明的目的是通过以下技术方案实现的根据本发明，提供一种量子点敏化太阳能电池，包括对电极和电解液，该对电极又 包括催化活性材料，其中所述催化活性材料为碳材料；所述电解液为多硫化物氧化还原电对电解液。在上述技术方案中，所述碳材料包括活性炭、碳黑、鳞片状石墨、石墨烯、球形石 墨、单壁碳纳米管、多壁碳纳米管、碳纤维或硬碳材料中的一种或多种。优选为活性炭或单 壁碳纳米管。在上述技术方案中，所述多硫化物氧化还原电对电解液为二硫化物氧化还原电对 电解液。在上述技术方案中，所述多硫化物氧化还原电对电解液的浓度在0. 1 5M之间。在上述技术方案中，所述量子点为无机窄禁带半导体纳米晶。在上述技术方案中，所述无机窄禁带半导体纳米晶包括硫化镉、硒化镉、碲化镉、硫化铅、硒化铅、磷化铟或砷化铟中的一种或多种。优选为硫化镉、硒化镉或硫化铅中的一 种或多种。在上述技术方案中，还包括光阳极，所述光阳极包括量子点敏化的多孔层，所述多 孔层材料包括TiO2、Nb2O5, ZnO, SrO, SiO2、ZrO2^Al2O3中的一种或多种。与现有的量子点敏化染料敏化太阳能电池相比，本发明的优点在于1、成本低，适于制作大面积量子点敏化太阳能电池；2、提高了量子点敏化太阳能电池光电转化效率。
具体实施例方式根据本发明的一个实施例，提供一种以活性炭为对电极的量子点敏化太阳能电 池。该电池包括对电极、光阳极和电解质溶液，其中对电极包括导电玻璃及在其上用颗粒尺 寸为IOOnm的活性炭材料制成的厚度为10 μ m的薄膜(以下将这种包括碳材料的对电极简 称为碳对电极)，电解质溶液为2MNa2&，光阳极为硫化镉量子点敏化的T^2多孔膜。将上述硫化镉量子点敏化太阳能电池在室温下用计算机控制的恒电位/恒电流 仪(Princeton Applied Research,Model 263A)测量其光电性能。光源使用500W氙灯，入 射光强为lOOmw/cm2，光照面积为0. 15cm2，测得光电转换效率为3. 2 %，其远远高于普通量 子点敏化太阳能电池大约的光电性能。表1示出了根据本发明的量子点敏化太阳能电池的上述及其他实施例1 49，以 及它们的光电转换效率。在这些电池的光阳极中量子点所敏化的载体均为T^2多孔膜，对 电极的基底均为导电玻璃，并且这些电池的光电转换效率均在与上述实施例相同的测试条 件下测量。表权利要求
1.一种量子点敏化太阳能电池，包括对电极和电解液，该对电极又包括催化活性材料， 其特征在于所述催化活性材料为碳材料；所述电解液为多硫化物氧化还原电对电解液。
2.根据权利要求1所述的量子点敏化太阳能电池，其特征在于，所述碳材料包括活性 炭、碳黑、鳞片状石墨、石墨烯、球形石墨、单壁碳纳米管、多壁碳纳米管、碳纤维或硬碳材料 中的一种或多种。
3.根据权利要求2所述的量子点敏化太阳能电池，其特征在于，所述碳材料优选为活 性炭或单壁碳纳米管。
4.根据权利要求1所述的量子点敏化太阳能电池，其特征在于，由所述碳材料制成厚 度在0. 5 μ m 50 μ m的薄膜。
5.根据权利要求1所述的量子点敏化太阳能电池，其特征在于，所述多硫化物氧化还 原电对电解液为二硫化物氧化还原电对电解液。
6.根据权利要求1所述的量子点敏化太阳能电池，其特征在于，所述多硫化物氧化还 原电对电解液的浓度在0. 1 5M之间。
7.根据权利要求1所述的量子点敏化太阳能电池，还包括光阳极，所述光阳极包括量 子点，其特征在于，所述量子点为无机窄禁带半导体纳米晶。
8.根据权利要求7所述的量子点敏化太阳能电池，其特征在于，所述无机窄禁带半导 体纳米晶包括硫化镉、硒化镉、碲化镉、硫化铅、硒化铅、磷化铟或砷化铟中的一种或多种。
9.根据权利要求8所述的量子点敏化太阳能电池，其特征在于，所述无机窄禁带半导 体纳米晶优选为硫化镉、硒化镉或硫化铅中的一种或多种。
10.根据权利要求1至9之一所述的量子点敏化太阳能电池，还包括光阳极，所述光阳 极包括量子点敏化的多孔层，其特征在于，所述多孔层材料包括Ti02、Nb205、ZnO, SrO、SiO2, ZrO2^Al2O3中的一种或多种。
全文摘要
本发明公开了一种量子点敏化太阳能电池，包括对电极和电解液，该对电极又包括催化活性材料，其中所述催化活性材料为碳材料，所述电解液为多硫化物氧化还原电对电解液。本发明采用碳材料为对电极价格便宜，并且适宜大面积制作，更有利于提高量子点敏化太阳能电池的光电转化效率。
文档编号H01L51/44GK102097218SQ20091024242
公开日2011年6月15日 申请日期2009年12月11日 优先权日2009年12月11日
发明者孟庆波, 张全新, 李冬梅, 罗艳红 申请人:中国科学院物理研究所