用于太陽能電池的鑭摻雜硫化鎘/硒化鎘敏化劑制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于太陽能技術(shù)領(lǐng)域，更具體涉及一種用于太陽能電池的鑭摻雜硫化鎘/ 硒化鎘敏化劑制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著全球經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，人口的持續(xù)增長以及人類對(duì)能源的依賴性逐漸加深， 能源危機(jī)和環(huán)境污染問題已成為21世紀(jì)人類面臨的首要問題。面對(duì)全球石化能源日益枯 竭，取之不盡用之不竭的太陽能無疑是人類未來能源發(fā)展的首選。因此，以太陽能作為新 能源供應(yīng)來源最受注目，從技術(shù)發(fā)展過程或未來前瞻性都受到各界密切的關(guān)注。通過光電 效應(yīng)直接把光能轉(zhuǎn)化為電能的裝置就是太陽能電池。在各類新型太陽能電池中，染料敏化 太陽能電池（DSSCs)以低成本、制作工藝簡(jiǎn)單、相對(duì)較高的光電轉(zhuǎn)換效率而成為研究熱點(diǎn) (O' Regan，B.，Gratzel, M.，Nature，1991，353, 737)。DSSCs 是將吸附了染料的寬禁帶半導(dǎo) 體納米晶薄膜作為正極，表面鍍有一層鉬的導(dǎo)電玻璃作為對(duì)電極，正極和對(duì)電極之間加入 氧化-還原電解質(zhì)形成的。染料分子吸收太陽光能，電子從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)，激發(fā)態(tài)上面 的電子快速注入緊鄰的TiO 2導(dǎo)帶，染料中失去的電子很快從電解質(zhì)中得到補(bǔ)償，進(jìn)入TiO2 導(dǎo)帶中的電子最終進(jìn)入導(dǎo)電膜，然后通過外電路到對(duì)電極產(chǎn)生光電流。然而，染料的穩(wěn)定 性還有待進(jìn)一步的提高，而且價(jià)格也相對(duì)較高，所以采用價(jià)格便宜的窄禁帶無機(jī)半導(dǎo)體量 子點(diǎn)作為敏化劑，可以降低電池的成本，提高穩(wěn)定性，這種電池稱為量子點(diǎn)敏化太陽能電池 (QDSSCs)。一般染料吸收一個(gè)光子最多產(chǎn)生一個(gè)電子，量子點(diǎn)可以由一個(gè)高能光子產(chǎn)生多 個(gè)電子，大大提高量子產(chǎn)率（Nozik，A.J. ,Physica E，2002,14,115)。
[0003] 但是目前利用量子點(diǎn)敏化的太陽能電池 QDSSCs，其總體表現(xiàn)還低于DSSCs。為了 提高QDSSCs的光電轉(zhuǎn)換效率，廣泛開展了對(duì)QDSSCs的改性工作，其中對(duì)量子點(diǎn)進(jìn)行摻雜也 是一種常用的有效方法，CN102163502A公開了一種在CdS量子點(diǎn)中摻雜了 Ca雜質(zhì)離子的 方法，提高了 CdS的導(dǎo)帶，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。CN102760580A公開了一種Co摻雜 CdSe量子點(diǎn)敏化TiO2納米棒光電極的方法。Co對(duì)CdSe的摻雜一方面可以調(diào)節(jié)其帶隙，使 其在可見光范圍內(nèi)的吸收增強(qiáng)，吸收范圍拓寬，進(jìn)而提高了光利用率，另一方面Co的摻雜 可以增加其載流子濃度，提高電子的傳輸速率，增加電極收集電子的效率，從而提高光電流 密度。另外，（Pralay K.Santra，J.Am. Chem. Soc. 2012，134,2508-2511)通過 SILAR 方法將 Mn2+摻入到CdS量子點(diǎn)中，使得電子能夠更加有效地注入到TiO2中，提高了太陽能電池的 短路電流、開路電壓和光電轉(zhuǎn)換效率。（Jin-Wook Lee，SCIENTIFIC REP0RTS|3 :1050|D0I : 10. 1038/sr印01050)通過SILAR方法將Hg2+摻雜到PbS量子點(diǎn)中，增強(qiáng)了電子注入，抑制了 電荷復(fù)合，使得電流密度提高了一倍，電池效率達(dá)到了 5. 6%。但是，目前通過SILAR方法對(duì) CdS量子點(diǎn)摻雜稀土元素 La作為敏化劑來提高太陽能電池的性能參數(shù)的工作還未見報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種用于太陽能電池的La摻雜CdS/CdSe敏化 劑制備方法，以此改性CdS半導(dǎo)體量子點(diǎn)的光電特性，使得電子空穴可以更加快速有效地 分離，減少了電池內(nèi)部的復(fù)合中心，降低了暗電流，電子能夠更加有效地注入到TiO 2中，進(jìn) 而提高了太陽能電池的短路電流、開路電壓以及光電轉(zhuǎn)換效率。
[0005] 本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)施的： 用于太陽能電池的鑭摻雜硫化鎘/硒化鎘量子點(diǎn)敏化劑制備方法，該方法是將La3+摻 雜到CdS量子點(diǎn)，與CdSe量子點(diǎn)共敏化作為敏化劑組裝成量子點(diǎn)敏化太陽能電池。
[0006] 所述方法的具體步驟為： 1) 配備濃度為0. 01M-1M含有半導(dǎo)體量子點(diǎn)陽離子Cd2+的可溶性鹽溶液，放入20-50°C 的水浴中恒溫30-60min ; 2) 將含有La雜質(zhì)原子的可溶性鹽溶液加入步驟1)配備的陽離子溶液中，其中雜質(zhì)原 子與半導(dǎo)體量子點(diǎn)摩爾濃度之比為1 : 1-1 : 1000; 3) 配備濃度為0. 01M-1M含有半導(dǎo)體量子點(diǎn)陰離子S2^的可溶性鹽溶液，放入20-50°C 的水浴中恒溫30-60min ; 4) 配備濃度為0. 01M-1M含有半導(dǎo)體量子點(diǎn)陰離子Se2I勺可溶性鹽溶液，放入20-50°C 的水浴中恒溫30-60min ; 5) 將待敏化的寬禁帶半導(dǎo)體光陽極材料浸入步驟2)制備的溶液中1-lOmin，取出用相 應(yīng)溶劑沖洗干凈，并用氮?dú)獯蹈桑?6) 將步驟5)得到的光陽極材料浸入步驟3)制備的陰離子溶液中Ι-lOmin，取出用相 應(yīng)溶劑沖洗干凈，并用氮?dú)獯蹈桑?7) 將步驟6)得到的光陽極材料浸入步驟1)制備的陽離子溶液中Ι-lOmin，取出用相 應(yīng)溶劑沖洗干凈，并用氮?dú)獯蹈桑?8) 將步驟7)得到的光陽極材料浸入步驟4)制備的陰離子溶液中l(wèi)-60min，取出用相 應(yīng)溶劑沖洗干凈，并用氮?dú)獯蹈?，則在光陽極材料上形成La摻雜CdS量子點(diǎn)與CdSe量子點(diǎn) 共敏化劑層。
[0007] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：在此以La、CdS摩爾濃度比為1 : 100的La3+摻雜到CdS半 導(dǎo)體量子點(diǎn)為例來說明。將La3+摻雜到CdS量子點(diǎn)，與CdSe量子點(diǎn)共敏化作為敏化劑組裝 成量子點(diǎn)敏化太陽能電池。通過優(yōu)化電池內(nèi)部電荷的傳輸路徑，從而使得電子空穴可以更 加快速的分離，而使得電子更有效的注入到TiO 2W導(dǎo)帶中，降低了暗電流，提高了太陽能電 池的短路電流、開路電壓以及光電轉(zhuǎn)換效率。在lOOmW/cm2的光強(qiáng)條件下，該太陽能電池的 短路電流密度為5. 80mA/cm2,開路電壓為0. 43V，光電轉(zhuǎn)換效率為0. 66%。未摻雜的CdS/ CdSe量子點(diǎn)敏化太陽能電池的短路電流密度為3. 88mA/cm2,開路電壓為0. 42V，光電轉(zhuǎn)換效 率0. 54 %。進(jìn)行La摻雜CdS之后，短路電流密度提高了 49 %，開路電壓提高了 2 %，光電轉(zhuǎn) 換效率提高了 21%。
[0008] 本發(fā)明將通過下面實(shí)例來進(jìn)行舉例說明，但是，本發(fā)明并不限于這里所描述的實(shí) 施方案，本發(fā)明的實(shí)施例僅用于進(jìn)一步闡述本發(fā)明。對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的內(nèi) 容所進(jìn)行的替代、改動(dòng)或變更，這些等價(jià)形式同樣落入本申請(qǐng)所限定的范圍內(nèi)。
【附圖說明】
[0009] 圖1為La摻雜CdS/CdSe光陽極與未摻雜的CdS/CdSe光陽極的紫外可見吸收光 譜圖；其中，A曲線對(duì)應(yīng)于未摻雜的CdS/CdSe光陽極的紫外可見吸收光譜，B曲線對(duì)應(yīng)于La 摻雜CdS/CdSe光陽極的紫外可見吸收光譜； 圖2為La摻雜CdS/CdSe與未摻雜的CdS/CdSe量子點(diǎn)敏化太陽能電池的J-V曲線；其 中，C對(duì)應(yīng)于未摻雜的CdS/CdSe量子點(diǎn)敏化太陽能電池，D對(duì)應(yīng)于La摻雜CdS/CdSe量子點(diǎn) 敏化太陽能電池； 圖3為La摻雜CdS/CdSe與未摻雜的CdS/CdSe量子點(diǎn)敏化太陽能電池的性能參數(shù)； 圖4為La摻雜CdS/CdSe與未摻雜的CdS/CdSe量子點(diǎn)敏化太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化效 率曲線；其中，E對(duì)應(yīng)于未摻雜的CdS/CdSe量子點(diǎn)敏化太陽能電池，F(xiàn)對(duì)應(yīng)于La摻雜CdS/ CdSe量子點(diǎn)敏化太陽能電池； 圖5為La摻雜CdS/CdSe與未摻雜的CdS/CdSe量子點(diǎn)敏化太陽能電池的電化學(xué)交流 阻抗譜；其中，G對(duì)應(yīng)于未摻雜的CdS/CdSe量子點(diǎn)敏化太陽能電池，H對(duì)應(yīng)于La摻雜CdS/ CdSe量子點(diǎn)敏化太陽能電池，插圖為電化學(xué)交