用于太阳能电池的硫化镉/钴掺杂硒化镉敏化剂制备方法
【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硫化镉/钴掺杂 硒化镉敏化剂制备方法。
【背景技术】
[0002] 随着全球经济的迅速发展，人口的持续增长以及人类对能源的依赖性逐渐加深， 能源危机和环境污染问题已成为21世纪人类面临的首要问题。面对全球石化能源日益枯 竭，取之不尽用之不竭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，染料敏化 太阳能电池（DSSCs)以低成本、制作工艺简单、相对较高的光电转换效率而成为研究热点 (O' Regan，B.，GrStzel，M.，Nature，1991，353, 737)。DSSCs 是将吸附了染料的宽禁带半导 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。染料分子吸收太阳光能，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TiO 2导带，染料中失去的电子很快从电解质中得到补偿，进入TiO2 导带中的电子最终进入导电膜，然后通过外电路到对电极产生光电流。然而，染料的稳定 性还有待进一步的提高，而且价格也相对较高，所以采用价格便宜的窄禁带无机半导体量 子点作为敏化剂，可以降低电池的成本，提高稳定性，这种电池称为量子点敏化太阳能电池 (QDSSCs)。一般染料吸收一个光子最多产生一个电子，量子点可以由一个高能光子产生多 个电子，大大提高量子产率（Nozik，A.J. ,Physica E，2002,14,115)。
[0003] 但是目前利用量子点敏化的太阳能电池 QDSSCs，其总体表现还低于DSSCs。为了 提高QDSSCs的光电转换效率，广泛开展了对QDSSCs的改性工作，其中对量子点进行掺杂也 是一种常用的有效方法，CN102163502A公开了一种在CdS量子点中掺杂了 Ca杂质离子的 方法，提高了 CdS的导带，改善了 CdS量子点在电极材料表面的吸附状况，抑制了暗电流的 产生，提高了太阳能电池的短路电流和光电转换效率。CN102760580A公开了一种Co掺杂 CdSe量子点敏化TiO2纳米棒光电极的方法。利用电化学沉积的方法在TiO2单晶纳米棒阵 列上完成Co掺杂CdSe量子点的沉积。Co尚子的掺入量为1%~4% (重量百分比），Co对 CdSe的掺杂一方面可以调节其带隙，使其在可见光范围内的吸收增强，吸收范围拓宽，进而 提高了光利用率，另一方面Co的掺杂可以增加其载流子浓度，提高电子的传输速率，增加 电极收集电子的效率，从而提高光电流密度。吉林化工学院的刘岩等人通过微波辐射技术， 将过渡金属Co 2+成功地掺杂到CdS量子点的内部。掺杂后的量子点的紫外吸收峰和荧光发 射峰都相应地发生了红移。荧光光谱的发射峰范围扩宽了 50nm，荧光稳定性和化学稳定性 得到了很大的提高。另外，（Pralay K.Santra，J. Am. Chem. Soc. 2012,134,2508-2511)通过 SILAR方法将Mn2+掺入到CdS量子点中，使得电子能够更加有效地注入到TiO2中，提高了太 阳能电池的短路电流、开路电压和光电转换效率。（Jin-Wook Lee，SCIENTIFIC REP0RTS|3: 1050 IDOI :10. 1038/sr印01050)通过SILAR方法将Hg2+掺杂到PbS量子点中，增强了电子 注入，抑制了电荷复合，使得电流密度提高了一倍，电池效率达到了 5.6%。但是，目前通过 SILAR方法对CdSe量子点掺杂Co,制备CdS/Co掺杂CdSe敏化太阳能电池的工作还未见报 道。
【发明内容】
[0004] 为了解决上述问题，本发明提供了一种用于太阳能电池的CdS/Co掺杂CdSe敏化 剂制备方法，以此改善CdSe半导体量子点的光电特性，提高CdSe半导体量子点的导带，使 得电子能够更加有效地注入到TiO 2中，减少了电池内部的复合中心，使得电子空穴可以更 加快速有效地分离，降低了暗电流，进而提高了太阳能电池的短路电流、开路电压以及光电 转换效率。
[0005] 本发明是通过以下技术方案实施的： 用于太阳能电池的硫化镉/钴掺杂硒化镉量子点敏化剂制备方法，该方法是将Co2+掺 杂到CdSe量子点，与CdS量子点共敏化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含有半导体量子点阳离子Cd2+的可溶性盐溶液，放入20-50°C 的水浴中恒温30-60min ; 2) 将含有Co杂质原子的可溶性盐溶液加入步骤1)配备的阳离子溶液中，其中杂质原 子与半导体量子点摩尔浓度之比为1 : 1-1 : 1000 ; 3) 配备浓度为0. 01M-1M含有半导体量子点阴离子S2^的可溶性盐溶液，放入20-50°C 的水浴中恒温30-60min ; 4) 配备浓度为0. 01M-1M含有半导体量子点阴离子Se2I勺可溶性盐溶液，放入20-50°C 的水浴中恒温30-60min ; 5) 将待敏化的宽禁带半导体光阳极材料浸入步骤1)制备的溶液中1-lOmin，取出用相 应溶剂冲洗干净，并用氮气吹干； 6) 将步骤5)得到的光阳极材料浸入步骤3)制备的阴离子溶液中Ι-lOmin，取出用相 应溶剂冲洗干净，并用氮气吹干； 7) 将步骤6)得到的光阳极材料浸入步骤2)制备的阳离子溶液中Ι-lOmin，取出用相 应溶剂冲洗干净，并用氮气吹干； 8) 将步骤7)得到的光阳极材料浸入步骤4)制备的阴离子溶液中l-60min，取出用相 应溶剂冲洗干净，并用氮气吹干，则在光阳极材料上形成CdS量子点与Co掺杂CdSe量子点 共敏化剂层。
[0007] 本发明的优点在于：在此以Co、CdSe摩尔浓度比为1 : 200的Co2+掺杂到CdSe 半导体量子点为例来说明。将CdS量子点与掺Co的CdSe量子点共敏化作为敏化剂组装成 量子点敏化太阳能电池。通过优化电池内部电荷的传输路径，提高CdSe量子点的导带，使 得电子空穴可以更加快速的分离，电子更有效的注入到TiO 2的导带中，降低了暗电流，提高 了太阳能电池的短路电流、开路电压以及光电转换效率。在lOOmW/cm2的光强条件下，该太 阳能电池的短路电流密度为5. 04mA/cm2,开路电压为0. 39V，光电转换效率为0. 53%。未掺 杂的CdS/CdSe量子点敏化太阳能电池的短路电流密度为4. 69mA/cm2,开路电压为0. 38V， 光电转换效率0.38 %。进行Co掺杂CdSe之后，短路电流密度提高了 7%，开路电压提高了 2%，光电转换效率提高了 39%。
[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CdS/Co掺杂CdSe光阳极与未掺杂的CdS/CdSe光阳极的紫外可见吸收光谱 图；其中，A曲线对应于未掺杂的CdS/CdSe光阳极的紫外可见吸收光谱，B曲线对应于CdS/ Co掺杂CdSe光阳极的紫外可见吸收光谱； 图2为CdS/Co掺杂CdSe与未掺杂的CdS/CdSe量子点敏化太阳能电池的J-V曲线；其 中，C对应于未掺杂的CdS/CdSe量子点敏化太阳能电池，D对应于CdS/Co掺杂CdSe量子点 敏化太阳能电池； 图3为CdS/Co掺杂CdSe与未掺杂的CdS/CdSe量子点敏化太阳能电池的性能参数； 图4为CdS/Co掺杂CdSe与未掺杂的CdS/CdSe量子点敏化太阳能电池的光电转化效 率曲线；其中，E对应于未掺杂的CdS/CdSe量子点敏化太阳能电池，F对应于CdS/Co掺杂 CdSe量子点敏化太阳能电池； 图5为CdS/Co掺杂CdSe与