一種錫摻雜磷化銦量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)能電池的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)能電池，具體設(shè)及的是一種錫滲雜磯化銅量子點(diǎn) 敏化太陽(yáng)能電池的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著地球化石能源的日益減少、溫室效應(yīng)的日益嚴(yán)重和人類對(duì)能源日益增長(zhǎng)的需 求，面向"綠色"新能源的新材料、新技術(shù)和新方法的研究越來(lái)越重要。高效利用太陽(yáng)能發(fā) 電是人類孜孜追求的目標(biāo)之一，尤其是太陽(yáng)能光伏發(fā)電。目前，基于單晶娃和多晶娃的太陽(yáng) 能電池是實(shí)驗(yàn)室效率已經(jīng)接近其理論上限，市場(chǎng)上主要W晶娃太陽(yáng)能電池為主，同時(shí)各種 薄膜材料的太陽(yáng)能電池，如銅銅嫁砸、蹄化簡(jiǎn)薄膜電池也在推廣使用中，該些薄膜電池的實(shí) 驗(yàn)室最高效率達(dá)到了 20%W上，但是從工藝穩(wěn)定性和成本等方面考慮依然無(wú)法取代晶娃太 陽(yáng)能電池。目前，量子點(diǎn)太陽(yáng)能電池和巧鐵礦太陽(yáng)能電池是太陽(yáng)能電池研究的兩個(gè)熱點(diǎn)方 向，其中量子點(diǎn)電池由于理論光電效率高、成本低和工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)而廣受關(guān)注。
[0003] 量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)能電池屬于染料敏化太陽(yáng)能電池（DSSC)的范疇，其特點(diǎn)是利用窄 帶隙的量子點(diǎn)(無(wú)機(jī)半導(dǎo)體納米晶）替代有機(jī)染料分子來(lái)吸收太陽(yáng)光，產(chǎn)生光生電子和空穴 對(duì)，電子流入二氧化鐵的導(dǎo)帶再經(jīng)導(dǎo)電電極流入電路，而空穴則被電解質(zhì)中的電子所補(bǔ)償 形成回路。量子點(diǎn)相比染料分子來(lái)說更穩(wěn)定，并且理論上可W吸收一個(gè)光子就產(chǎn)生多個(gè)電 子，從而迅速提高光電轉(zhuǎn)換效率。
[0004] 盡管CdSe、CdS、CdTe和PbS及PbSe量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)能電池已經(jīng)得到廣泛的研究， 但是金屬簡(jiǎn)和鉛的高毒性始終會(huì)像限制CdTe薄膜電池那樣導(dǎo)致其無(wú)法廣泛的應(yīng)用。因此， 無(wú)簡(jiǎn)無(wú)鉛的"綠色"環(huán)保型量子點(diǎn)材料如磯化銅（InP)等得到了越來(lái)越多的重視。InP量 子點(diǎn)敏化二氧化鐵形成光陽(yáng)極，與多艦電解質(zhì)和銷對(duì)電極組成量子點(diǎn)敏化電池（Zaban，A.， Micic，0.I.，etc,Langmuir1998,14, 3153)被報(bào)道，但是其效率非常低，其關(guān)鍵的原因是 電池的短路電流太低。
[0005] 在量子點(diǎn)敏化電池領(lǐng)域，對(duì)量子點(diǎn)敏化材料、對(duì)電解質(zhì)W及對(duì)電極的改進(jìn)在不斷 進(jìn)行，并取得了較大的進(jìn)展。對(duì)量子點(diǎn)進(jìn)行滲雜改性提高短路電流也是很有效的方法之一， 例如專利申請(qǐng)?zhí)枮?01210520505. 1和201210520490. 9分別報(bào)道了一種銅和銅滲雜硫化簡(jiǎn) 量子點(diǎn)來(lái)提高硫化簡(jiǎn)量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)能電池短路電流的方法。而錫滲雜的方法同樣可W提 高InP量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)能電池的短路電流，但目前還沒有針對(duì)采用錫滲雜的方法提高InP 量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)能電池效率方面的報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于提供一種錫滲雜磯化銅量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)能電池的制備方法，主 要解決現(xiàn)有的InP量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)能電池存在短路電流低的問題。
[0007] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下： 一種錫滲雜磯化銅量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)能電池的制備方法，包括W下步驟： (1) 將Sn"、In3+和長(zhǎng)鏈烷基酸按照1 : 10 : 30的摩爾比例混合，并加入至5~10ml 的十八締溶劑中均勻攬拌混合，得到混合溶液； (2) 將混合溶液于真空條件下加熱至100~120°C，并除氧2~化，制成含滲雜劑離子 的駿酸銅前驅(qū)體溶液； (3) 將駿酸銅前驅(qū)體溶液于惰性氣氛中加熱至250~300°C，并加入=(=甲基娃烷基） 麟，得到滲雜錫的磯化銅量子點(diǎn)溶液；所述=(=甲基娃烷基）麟與In3+的摩爾比為1 : 2; (4) 向滲雜錫的磯化銅量子點(diǎn)溶液中先加入己燒溶液混合，再采用離屯、分離的方式去 除副產(chǎn)物，得到上層紅色透明溶液，然后在該透明溶液中加入不良溶劑，形成懸濁液，并再 次采用離屯、分離的方式沉淀出純化后的磯化銅量子點(diǎn)溶液； (5) 在磯化銅量子點(diǎn)溶液中加入抑值為10~12、且含有35%~45%琉基丙酸的水溶 液混合，并高速攬拌1~1.化，然后再加入離子水?dāng)埌?，直至磯化銅量子點(diǎn)溶液由油相轉(zhuǎn)移 為水相； (6) 將磯化銅量子點(diǎn)溶液吸附在FTO\Ti化電極上形成量子點(diǎn)敏化的FTO\Ti〇2電極片； (7) 將量子點(diǎn)敏化的FTO\Ti〇2電極片與硫化亞銅電極片組裝，并注入多硫電解液形成 =明治型結(jié)構(gòu)，得到錫滲雜磯化銅量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)能電池。
[0008] 進(jìn)一步地，所述步驟（1)中的長(zhǎng)鏈烷基酸為十二酸至十八酸中的任意一種。
[0009] 具體地說，所述步驟（3)包括W下步驟： (3a)將駿酸銅前驅(qū)體溶液于惰性氣氛中加熱至250~300°C，同時(shí)將與In3+摩爾比為 1 : 2的=(=甲基娃烷基）麟加入至1~3ml十八稀溶液中混合，然后迅速注入至駿酸銅 前驅(qū)體溶液中，形成紅色溶液； (3b)使紅色溶液于惰性氣氛中靜置1~1.化，然后降至室溫，得到滲雜錫的磯化銅量 子點(diǎn)溶液。
[0010] 作為優(yōu)選，所述惰性氣氛為氣氣或氮?dú)狻?br>[0011] 具體地說，所述步驟（4)包括W下步驟： (4a)將滲雜錫的磯化銅量子點(diǎn)溶液與5~10ml己燒溶液混合，并采用離屯、分離的方式 去除副產(chǎn)物，得到上層紅色透明溶液； (4b)在紅色透明溶液中加入不良溶劑，形成懸濁液； (4c)再次采用離屯、分離的方式沉淀出磯化銅量子點(diǎn)溶液中的量子點(diǎn)； (4d)循環(huán)步驟（4a)~（4c)=次W上； (4e)利用二氯甲燒或氯仿將磯化銅量子點(diǎn)溶液分散，得到純化后的磯化銅量子點(diǎn)溶 液。
[0012] 再進(jìn)一步地，所述步驟（4b)中的不良溶劑由摩爾比為1 : 4的甲醇和丙酬混合制 成。
[0013] 具體地說，所述步驟（6)包括W下步驟： (6a)將FT0\Ti化電極在磯化銅量子點(diǎn)溶液中浸泡2~2. 5h，直至量子點(diǎn)充分吸附在Ti化納米顆粒上，得到量子點(diǎn)敏化的TiO2電極片； (6b)分別利用無(wú)水己醇和離子水對(duì)量子點(diǎn)敏化的Ti化電極片進(jìn)行沖洗，并用氮?dú)獯?干； (6c)將量子點(diǎn)敏化的Ti化電極片分別在0.Imol/L的醋酸鋒和硫化鋼溶液中層層反應(yīng) 沉積出至少四層的ZnS層，得到量子點(diǎn)敏化的FTO\Ti化電極片； (6d)分別利用無(wú)水己醇和離子水對(duì)量子點(diǎn)敏化的FTO\Ti化電極片進(jìn)行沖洗，并用氮?dú)?吹干。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有W下有益效果： (1)本發(fā)明各個(gè)步驟環(huán)環(huán)相扣、緊密聯(lián)系，其通過制備滲雜劑離子的駿酸銅前驅(qū)體溶 液、合成滲雜錫的磯化銅量子點(diǎn)溶液、量子點(diǎn)溶液分離與純化、量子點(diǎn)相轉(zhuǎn)移、量子點(diǎn)吸附 的方式，將無(wú)毒性的滲雜錫磯化銅量子點(diǎn)應(yīng)用于量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)能電池光陽(yáng)極（即FT0\ Ti〇2電極）的制備，從而在與硫化亞銅電極片組裝、并注入多硫電解液后，有效地增強(qiáng)了量 子點(diǎn)敏化電池的短路電流和綜合效率，試驗(yàn)表明，相比現(xiàn)有的磯化銅量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)能電 池，本發(fā)明在電池的短路電流密度和最高效率分別提高了至少26%和38%，性能的提升非常 顯著，很好地實(shí)現(xiàn)了無(wú)簡(jiǎn)無(wú)鉛"綠色"、高效量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)能電池的制備。
[0015](2)本發(fā)明在制備量子點(diǎn)敏化的FTO\Ti〇2電極片過程中，多次采用了無(wú)水己醇和 離子水沖洗，并采用氮?dú)獯蹈?，如此操作，一方面可W很好地清除電極片表面的雜質(zhì)，另一 方面則可W在干燥電極片的同時(shí)防止其氧化，保證了電極片的制備質(zhì)量。
[0016](3)本發(fā)明工藝合理、成本低廉、操作便捷，其很好地填補(bǔ)了錫滲雜磯化銅量子點(diǎn) 敏化太陽(yáng)能電池方面的空白，為高效利用太陽(yáng)能發(fā)電的研究提供了強(qiáng)有力的鋪墊，因此，本 發(fā)明應(yīng)用前景相當(dāng)廣泛，具有很高的實(shí)用價(jià)值和大規(guī)模推廣價(jià)值。
【附圖說明】
[0017] 圖1為本發(fā)明的流程示意圖。
[001引圖2為錫滲雜磯化銅量子點(diǎn)吸附在Ti化納米顆粒上的HRTEM圖。
[0019] 圖3為量子點(diǎn)敏化的Ti〇2斷面SEM圖。
[0020] 圖4為本發(fā)明-實(shí)施例的光電流轉(zhuǎn)換效率曲線圖。
[0021] 圖5為本發(fā)明-實(shí)施例的電流密度一電壓曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，本發(fā)明的實(shí)施方式包括但不限于 下列實(shí)施例。 實(shí)施例
[0023]本發(fā)明提供了一種錫滲雜磯化銅量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)能電池的制備方法，該方法是將 錫（Sn)離子滲雜到磯化銅（InP)量子點(diǎn)中形成的Sn:InP量子點(diǎn)作為敏化劑，然后組裝為量 子點(diǎn)敏化太陽(yáng)能電池。如圖1所示，本發(fā)明主要由滲雜劑離子的駿酸銅前驅(qū)體溶液的合成、 滲雜錫的磯化銅量子點(diǎn)合成、量子點(diǎn)分離與純化、量子點(diǎn)相轉(zhuǎn)移、量子點(diǎn)敏化光陽(yáng)極制備、 量子點(diǎn)敏化太陽(yáng)能電池組裝幾大過程組成。
[0024]-、滲雜劑離子的駿酸銅前驅(qū)體溶液的合成 將Sn2\ln3+和長(zhǎng)鏈烷基酸(本實(shí)施例選用十二酸至十八酸中的一種)按照1 : 10 : 30 的摩爾比例混合，并加入至5~10ml的十八締溶劑中均勻攬拌混合，得到混合溶液。而后， 將混合溶液于真空條件下加熱至100~120°C，并除氧2~化，制成含滲雜劑離子的駿酸銅 前驅(qū)體溶液。
[0025] 二、滲雜錫的磯化銅量子點(diǎn)合成 得到駿酸銅前驅(qū)體溶液后，將其于惰性氣氛(本實(shí)施例優(yōu)選為氣氣或氮?dú)猓┲屑訜嶂?250~300°C，同時(shí)將與In3+摩爾比為1 : 2的甲基娃烷基)麟加入至1~3ml十八稀 溶液中混合，然后迅速注入至駿酸銅前驅(qū)體溶液中，形成紅色溶液。
[0026] 將紅色溶液于惰性氣氛中靜置1~1.化（讓滲雜錫的磯化銅量子點(diǎn)生長(zhǎng)、合成)， 然后降至室溫，得到滲雜錫的磯化銅量子點(diǎn)溶液。上述過程中，采用惰性保護(hù)氣氛可防止溶 液發(fā)生氧化，從而使溶液可W更好地生長(zhǎng)出滲雜錫的磯化銅量