铜掺杂硫化镉量子点敏化太阳能电池及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种用于太阳能电池的Cu掺杂CdS量子点敏化剂及其制备方法，该方法是将Cu杂质原子掺杂到CdS半导体量子点中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子空穴的传输路径，从而使得电子空穴可以更加快速的分离，而使得电子更有效的注入到TiO2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。此方法简单，易于操作，成本低，可大面积制作。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及一种用于太阳能电池的Cu掺杂CdS量子点敏化剂及其制备方法，该方法是将Cu杂质原子掺杂到CdS半导体量子点中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子空穴的传输路径，从而使得电子空穴可以更加快速的分离，而使得电子更有效的注入到TiO2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。此方法简单，易于操作，成本低，可大面积制作。【专利说明】
本专利技术属于太阳能
，更具体涉及一种用于太阳能电池的掺杂量子点敏化剂及其制备方法。
技术介绍
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.，Gratzel, Μ.，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TiO2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., PhysicaE, 2002,14,115) ο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，CN 102163502A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。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。但是，目前通过SILAR方法对CdS量子点掺杂Cu作为敏化剂来提高太阳能电池的性能参数的工作还未见报道。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提供了一种用于太阳能电池的Cu掺杂CdS量子点敏化剂及其制备方法，以此改性CdS半导体量子点的光电特性，使得电子能够更加有效地注入到TiO2中，减少了电池内部的复合中心，降低了暗电流，使得电子空穴可以更加快速有效地分离，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。本专利技术是通过以下技术方案实施的: ，该方法是将Cu2+掺杂到CdS量子点中作为敏化剂组装成量子点敏化太阳能电池。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的可溶性盐溶液，放入20-50°C的水浴中恒温30-60min ； 2)将含有Cu杂质原子的可溶性盐溶液加入步骤I)配备的阳离子溶液当中，其中杂质原子与半导体量子点原子个数之比为1: 1-1: 1000； 3)配备浓度为0.01M-1M含有半导体量子点阴离子的可溶性溶液，放入20-50°C的水浴中恒温30-60min ； 4)将待敏化的宽禁带半导体光阳极材料浸入步骤2)制备的溶液中Ι-lOmin，取出用相应溶剂清洗干净，并用氮气吹干； 5)将步骤4)得到的光阳极材料浸入步骤3)制备的阴离子溶液中Ι-lOmin，取出用相应溶剂清洗干净，并用氮气吹干，则在光阳极材料上形成Cu掺杂的CdS半导体量子点敏化剂层；本专利技术的优点在于:在此以Cu、CdS原子个数比为1: 500的Cu离子掺杂到CdS半导体量子点为例来说明。将Cu离子掺杂到CdS量子点中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子空穴的传输路径，从而使得电子空穴可以更加快速的分离，而使得电子更有效的注入到TiO2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7.72mA/cm2,开路电压为551mV，光电转换效率为1.26%，比未掺杂的CdS量子点敏化太阳能电池的短路电流密度提高了 22 %，开路电压提高了 6 %，光电转换效率提高了 30 %。本专利技术将通过下面实例来进行举例说明，但是，本专利技术并不限于这里所描述的实施方案，本专利技术的实施例仅用于进一步阐述本专利技术。对于本领域的技术人员对本专利技术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。【专利附图】【附图说明】图1为掺杂了 Cu离子的CdS量子点与未掺杂的CdS量子点的紫外可见吸收光谱图；其中，A曲线对应于未掺杂的CdS量子点的紫外可见吸收光谱，B曲线对应于Cu掺杂的CdS量子点的紫外可见吸收光谱；图2为Cu掺杂CdS与未掺杂的CdS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量子点敏化太阳能电池，D对应于Cu掺杂的CdS量子点敏化太阳能电池；图3为Cu掺杂CdS量子点与未掺杂的CdS量子点敏化太阳能电池的性能参数。 图4为Cu掺杂CdS与未掺杂的CdS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量子点敏化太阳能电池，F对应于Cu掺杂的CdS量子点敏化太阳能电池； 图5为Cu掺杂CdS与未掺杂的CdS量子点敏化太阳能电池的电化学交流阻抗谱；其中，G对应于未掺杂的CdS量子点敏化太阳能电池，H对应于Cu掺杂的CdS量子点敏化太阳能电池，插图为电化学交流阻抗谱的等效电路。【具体实施方式】，该方法是将Cu2+掺杂到CdS量子点中作为敏化剂组装成量子点敏化太阳能电池。实施例1 铜掺杂硫化镉量子点敏化剂及其制备方法的具体步骤为: 1)配备浓度为0.1M的Cd(NO3)2溶液和Na2S溶液，放入20_50°C的水浴中30_60min ； 2)将CuCl2W入步骤I)配备的Cd(NO3)2溶液当中，其中Cu2+与Cd2+的原子个数比为1:1; 3)将步骤2)所得的溶液放入30°C的水浴中30min； 4)将待敏化的光阳极材料TiO2浸入步骤3)制备的溶液中5min，取出用相应溶剂清洗干净，并用氮气吹干； 5)将步骤4)得到的光阳极材料浸入步骤I)制备的Na2S溶液中5min，取出用相应溶剂清洗干净，并用氮气吹干，则在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于太阳能电池的铜掺杂量子点敏化剂，其特征在于：所述方法是将杂质原子掺杂到半导体量子点中，作为敏化剂组装成量子点敏化太阳能电池。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：邹小平，周洪全，黄宗波，滕功清，
申请(专利权)人：北京信息科技大学，
类型：发明
国别省市：北京;11