專利名稱：一種提高量子點(diǎn)敏化太陽能電池性能參數(shù)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于太陽能電池技術(shù)領(lǐng)域，更具體涉及一種提高量子點(diǎn)敏化太陽能電池性能參數(shù)的方法。
背景技術(shù)：
染料敏化太陽能電池DSSC是利用染料來吸收太陽光從而實(shí)現(xiàn)太陽光到電能轉(zhuǎn)換的一種清潔能源。染料受太陽光激發(fā)后將電子注入到半導(dǎo)體的導(dǎo)帶中；電子在半導(dǎo)體中擴(kuò)散至導(dǎo)電基底，然后流入外電路；處于氧化態(tài)的染料分子被還原態(tài)的電解質(zhì)還原再生；氧化態(tài)的電解質(zhì)在對電極接受電子后被還原，從而完成DSSC循環(huán)工作。瑞士科學(xué)家 Michael Gratzel研究小組于1991年率先取得DSSC的突破性進(jìn)展，目前DSSC光電轉(zhuǎn)化效率已達(dá)11%，可與傳統(tǒng)的非晶硅光伏電池媲美。在DSSC的研究中，除了傳統(tǒng)的有機(jī)染料，無機(jī)半導(dǎo)體量子點(diǎn)也可以作為一種高效的光吸收劑。但是目前利用量子點(diǎn)實(shí)現(xiàn)敏化的太陽能電池QDSSC，其總體表現(xiàn)還低于DSSC。為了提高QDSSC的光電轉(zhuǎn)換效率，廣泛開展了對QDSSC 的改性工作，例如利用聚硫電解質(zhì)來提高量子點(diǎn)光生空穴的再生速度，利用Au對電極或者 Cu2S/C復(fù)合對電極來增加聚硫氧化還原電對的反應(yīng)速率。對T^2電極材料進(jìn)行摻雜也是一種常用的有效方法，但是目前通過對量子點(diǎn)進(jìn)行摻雜來提高QDSSC的光電轉(zhuǎn)換效率的工作還未見報(bào)道。
發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種提高量子點(diǎn)敏化太陽能電池性能參數(shù)的方法。利用Ca2+實(shí)現(xiàn)了對CdS量子點(diǎn)的摻雜，提高了 CdS的導(dǎo)帶，以此較大程度的提高了該太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案實(shí)施的
一種提高量子點(diǎn)敏化太陽能電池性能參數(shù)的方法，該方法是將Ca2+摻雜到CdS中作為敏化劑組裝成量子點(diǎn)敏化太陽能電池。所述方法中Ca2+的質(zhì)量摩爾濃度在1-5%之間。所述方法的具體步驟為
1)將P25型二氧化鈦0.2-2g和粘結(jié)劑研磨，制得漿料，用絲網(wǎng)印刷將其印在導(dǎo)電玻璃上，并于500-550°C焙燒l_4h得到待敏化的電極材料，其電極材料的膜厚度為5-15 μ m ；
2)將待敏化的電極材料交替浸入0.1M-1M Cd(NO3)2的乙醇溶液中和0. 1M-1M Na2S的水溶液中，其中Cd (NO3) 2的乙醇溶液中含有質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 2%-8%的Ca (NO3) 2，待Ca2+的質(zhì)量摩爾濃度在電極材料上的負(fù)載量為1-5%之間時(shí)，成為敏化后的電極材料；
3)將敏化后的電極材料、Pt對電極和注入的液態(tài)電解質(zhì)溶液組裝在一起，形成所述的三明治結(jié)構(gòu)的量子點(diǎn)敏化太陽能電池。所述步驟1)中的粘結(jié)劑為質(zhì)量濃度為2%_30%的乙酰纖維素的乙醇溶液。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于利用Ca2+實(shí)現(xiàn)了對CdS量子點(diǎn)的摻雜，提高了 CdS的導(dǎo)帶，從而使得電子能更加有效的注入到Ti02中，同時(shí)改善了 CdS量子點(diǎn)在電極材料表面的吸附狀況，抑制了暗電流的產(chǎn)生，提高了太陽能電池的短路電流和光電轉(zhuǎn)換效率。此處理方法簡單，易于操作，成本低。在100 mW/cm2的光強(qiáng)、AM 1. 5條件下，在FTO導(dǎo)電基片上該太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率為0. 91%，比未用Ca2+摻雜的CdS量子點(diǎn)敏化的太陽能電池性能高出了 32%。通過優(yōu)化沉積的Ca2+摻雜的CdS量子點(diǎn)數(shù)量，可使QDSSC的光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到1.2%。
圖1摻雜和未摻雜Ca2+的CdS量子點(diǎn)敏化的太陽能電池的性能參數(shù)；
圖2優(yōu)化沉積次數(shù)得到的1% Ca2+摻雜的CdS敏化的太陽能電池的性能參數(shù)。
具體實(shí)施例方式一種提高量子點(diǎn)敏化太陽能電池性能參數(shù)的方法，該方法是將Ca2+摻雜到CdS中作為敏化劑組裝成量子點(diǎn)敏化太陽能電池。 所述方法中Ca2+的質(zhì)量摩爾濃度在1-5%之間。所述方法的具體步驟為
1)將P25型二氧化鈦0.2-2g和粘結(jié)劑研磨，制得漿料，用絲網(wǎng)印刷將其印在導(dǎo)電玻璃上，并于500-550°C焙燒l_4h得到待敏化的電極材料，其電極材料的膜厚度為5-15 μ m ；
2)將待敏化的電極材料交替浸入0.1M-1M Cd(NO3)2的乙醇溶液中和0. 1M-1M Na2S的水溶液中，其中Cd (NO3) 2的乙醇溶液中含有質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 2%-8%的Ca (NO3) 2，待Ca2+的質(zhì)量摩爾濃度在電極材料上的負(fù)載量為1-5%之間時(shí)，成為敏化后的電極材料；
3)將敏化后的電極材料、Pt對電極和注入的液態(tài)電解質(zhì)溶液組裝在一起，形成所述的三明治結(jié)構(gòu)的量子點(diǎn)敏化太陽能電池。所述步驟1)中的粘結(jié)劑為質(zhì)量濃度為2%_30%的乙酰纖維素的乙醇溶液。實(shí)施例1
一種提高量子點(diǎn)敏化太陽能電池性能參數(shù)的方法的具體步驟為
1)將P25型二氧化鈦0.2g和粘結(jié)劑研磨，制得漿料，用絲網(wǎng)印刷將其印在導(dǎo)電玻璃上， 并于500°C焙燒4h得到待敏化的電極材料，其電極材料的膜厚度為5 μ m ；
2)將待敏化的電極材料交替浸入0.IM Cd(NO3)2的乙醇溶液中和0. IM Na2S的水溶液中，其中Cd(NO3)2的乙醇溶液中含有質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 2%的Ca(NO3)2，待Ca2+的質(zhì)量摩爾濃度在電極材料上的負(fù)載量為1%之間時(shí)，成為敏化后的電極材料；
3)將敏化后的電極材料、Pt對電極和注入的液態(tài)電解質(zhì)溶液組裝在一起，形成所述的三明治結(jié)構(gòu)的量子點(diǎn)敏化太陽能電池。所述步驟1)中的粘結(jié)劑為質(zhì)量濃度為2%_30%的乙酰纖維素的乙醇溶液。實(shí)施例2
一種提高量子點(diǎn)敏化太陽能電池性能參數(shù)的方法的具體步驟為
1)將P25型二氧化鈦2g和粘結(jié)劑研磨，制得漿料，用絲網(wǎng)印刷將其印在導(dǎo)電玻璃上，并于550°C焙燒Ih得到待敏化的電極材料，其電極材料的膜厚度為15 μ m ；
2)將待敏化的電極材料交替浸入IMCd(NO3)2的乙醇溶液中和IM Na2S的水溶液中，其中Cd (NO3) 2的乙醇溶液中含有質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8%的Ca (NO3)2,待Ca2+的質(zhì)量摩爾濃度在電極材料上的負(fù)載量為5%之間時(shí)，成為敏化后的電極材料；
3)將敏化后的電極材料、Pt對電極和注入的液態(tài)電解質(zhì)溶液組裝在一起，形成所述的三明治結(jié)構(gòu)的量子點(diǎn)敏化太陽能電池。所述步驟1)中的粘結(jié)劑為質(zhì)量濃度為30%的乙酰纖維素的乙醇溶液。實(shí)施例3
一種提高量子點(diǎn)敏化太陽能電池性能參數(shù)的方法的具體步驟為
1)將P25型二氧化鈦Ig和粘結(jié)劑研磨，制得漿料，用絲網(wǎng)印刷將其印在導(dǎo)電玻璃上，并于520°C焙燒池得到待敏化的電極材料，其電極材料的膜厚度為10 μ m ；
2)將待敏化的電極材料交替浸入0.5M Cd(NO3)2的乙醇溶液中和0. 5M Na2S的水溶液中，其中Cd(NO3)2的乙醇溶液中含有質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的Ca(NO3)2，待Ca2+的質(zhì)量摩爾濃度在電極材料上的負(fù)載量為3%之間時(shí)，成為敏化后的電極材料；
3)將敏化后的電極材料、Pt對電極和注入的液態(tài)電解質(zhì)溶液組裝在一起，形成所述的三明治結(jié)構(gòu)的量子點(diǎn)敏化太陽能電池。所述步驟1)中的粘結(jié)劑為質(zhì)量濃度為14%的乙酰纖維素的乙醇溶液。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，凡依本發(fā)明申請專利范圍所做的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
權(quán)利要求
1.一種提高量子點(diǎn)敏化太陽能電池性能參數(shù)的方法，其特征在于所述方法是將Ca2+ 摻雜到CdS中作為敏化劑組裝成量子點(diǎn)敏化太陽能電池。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高量子點(diǎn)敏化太陽能電池性能參數(shù)的方法，其特征在于 所述方法中Ca2+的質(zhì)量摩爾濃度在1-5%之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高量子點(diǎn)敏化太陽能電池性能參數(shù)的方法，其特征在于 所述方法的具體步驟為1)將P25型二氧化鈦0.2-2g和粘結(jié)劑研磨，制得漿料，用絲網(wǎng)印刷將其印在導(dǎo)電玻璃上，并于500-550°C焙燒l_4h得到待敏化的電極材料，其電極材料的膜厚度為5-15 μ m ；2)將待敏化的電極材料交替浸入0.1M-1M Cd(NO3)2的乙醇溶液中和0. 1M-1M Na2S的水溶液中，其中Cd (NO3) 2的乙醇溶液中含有質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 2%-8%的Ca (NO3) 2，待Ca2+的質(zhì)量摩爾濃度在電極材料上的負(fù)載量為1-5%之間時(shí)，成為敏化后的電極材料；3)將敏化后的電極材料、Pt對電極和注入的液態(tài)電解質(zhì)溶液組裝在一起，形成所述的三明治結(jié)構(gòu)的量子點(diǎn)敏化太陽能電池。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高量子點(diǎn)敏化太陽能電池性能參數(shù)的方法，其特征在于 所述步驟1)中的粘結(jié)劑為質(zhì)量濃度為2%-30%的乙酰纖維素的乙醇溶液。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種提高量子點(diǎn)敏化太陽能電池性能參數(shù)的方法，該方法是將Ca2+摻雜到CdS中作為敏化劑組裝成量子點(diǎn)敏化太陽能電池，提高了CdS的導(dǎo)帶，從而使得電子能更加有效的注入到TiO2中，同時(shí)改善了CdS量子點(diǎn)在電極材料表面的吸附狀況，抑制了暗電流的產(chǎn)生，提高了太陽能電池的短路電流和光電轉(zhuǎn)換效率。此處理方法簡單，易于操作，成本低。
文檔編號H01G9/20GK102163502SQ20101060815
公開日2011年8月24日 申請日期2010年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月28日
發(fā)明者李亞峰, 魏明燈 申請人:福州大學(xué)