一种全固态量子点敏化太阳能电池及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种全固态量子点敏化太阳能电池，包括相对设置的导电玻璃和铜基片，在导电玻璃和铜基片之间填充有固态电解液，导电玻璃上位于固态电解液的一侧设置有光阳极；铜基片上位于固态电解液的一侧设置有对电极，对电极为铜基Cu2S纳米片对电极，光阳极为CdS/CdSe量子点敏化的ZnO纳米线阵列光阳极。本发明专利技术通过合成导电性良好的固态电解液，通过加热固态电解液，使其充分地填充在ZnO纳米线阵列光阳极和铜基Cu2S纳米片对电极的微结构空隙，不仅克服了液态量子点敏化太阳能电池的性能不稳定以及封装过程中会出现的电解液遗漏问题，而且制备工艺简单、成本低廉、大面积制备重复性好，有很好的使用价值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于量子点敏化太阳能电池
，具体涉及一种全固态量子点敏化太阳能电池，本专利技术还涉及一种全固态量子点敏化太阳能电池的制备方法。
技术介绍
近年来，随着人们对能源的需求不断增加和石化燃料储量的持续减少，寻找一种新的来源丰富、绿色环保的能源已成为目前科研的重要课题之一。太阳能作为一种取之不尽的天然能源日益受到全世界的关注，尤其是把太阳能直接转化为电能的太阳能电池研究已成为目前研究的热点。量子点敏化太阳能电池(QDSSC)是上世纪90年代出现的第三代太阳能电池，即利用窄禁带的无机半导体量子点(QD)敏化宽禁带的基底材料。量子点相对于染料有很大的优势，一方面，其具有量子限域效应，能通过控制其尺寸和形状来调节量子点的带隙宽度，以此来调节吸收光谱的范围；另一方面，半导体量子点具有激子倍增效应(MEG)，一个高能量的光子激发半导体量子点，可以产生多个电子-空穴对。如果将半导体量子点的两大优点应用到太阳能电池中，量子点敏化太阳能电池效率的理论值可达到44％，远远高于晶体硅太阳能电池的理论值32.9％。因此，量子点敏化太阳能电池的发展的潜力是巨大的。目前，量子点敏化太阳能电池所采用的电解质是多硫(Sn2-/S2-)的液态电解液，然而研究发现适用于染料敏化太阳能电池中(I3-/I-)电解液的铂不再适合(Sn2-/S2-)电解液，因为S2-在铂电极表面的化学吸附降低了电极对电解液的催化活性，从而影响了电池的性能。在关于各种量子点敏化的最优效率的电池中，无一例外的都是采用铜箔衬底制备的Cu2S对电极，因为此电极的优点：一是松疏的微结构有巨大的催化活性，二是铜箔作为衬底具有极好的导电性能。然而，此Cu2S对电极导致电池性能不稳定，一是液态电解液对Cu衬底的不断腐蚀致使粘附性降低、接触电阻增大，二是脱落的Cu2S与光阳极接触致使光阳极中毒，三是量子点敏化太阳能电池中液态电解液封装困难，长时间保存会出现电解液遗漏，导致电池性能严重损失。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种全固态量子点敏化太阳能电池，通过该电池结构解决了现有液态量子点敏化太阳能电池在使用过程中性能不稳定、封装困难的问题。本专利技术的另一个目的是提供一种全固态量子点敏化太阳能电池的制备方法。本专利技术所采用的技术方案是，一种全固态量子点敏化太阳能电池，包括相对设置的导电玻璃和铜基片，在导电玻璃和铜基片之间填充有固态电解液，导电玻璃上位于固态电解液的一侧设置有光阳极；铜基片上位于固态电解液的一侧设置有对电极。本专利技术的特征在于，固态电解液为多硫电解液。对电极为铜基Cu2S纳米片对电极，光阳极为CdS/CdSe量子点敏化的ZnO纳米线阵列光阳极。本专利技术所采用的另一个技术方案是，一种全固态量子点敏化太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：步骤1，在导电玻璃上制备ZnO纳米线阵列；步骤2，将步骤1中的ZnO纳米线阵列进行CdS/CdSe量子点沉积，得到光阳极；步骤3，在铜基片上制备Cu2S对电极；步骤4，制备固态电解液；步骤5，加热步骤2中的光阳极、步骤3中的对电极以及步骤4中的固态电解液并进行封装，形成电池。本专利技术的特征还在于，步骤1具体为：步骤1.1，配制ZnO种子层的前驱体溶液，在导电玻璃的一侧使用ZnO种子层的前驱体溶液，通过旋涂法和热处理工艺制备出ZnO种子层，其中旋涂速度为3000-4500r/min，热处理工艺的温度为300-350℃，ZnO种子层的厚度为50-100nm；步骤1.2，将步骤1.1中的ZnO种子层放入生长液中，采用温度为80-90℃的水浴法制备ZnO纳米线阵列，其中生长液为摩尔浓度比20:1的NaOH与Zn(NO3)2混合溶液或摩尔浓度比1:1的六次甲基四胺与Zn(NO3)2混合溶液或摩尔浓度比1:1的氨水与Zn(NO3)2混合溶液。步骤2具体为：步骤2.1，将步骤1中的ZnO纳米线阵列多次交替浸入相同摩尔浓度的Na2S溶液与Cd(NO3)2甲醇溶液，得到CdS量子点敏化的ZnO纳米线阵列；步骤2.2，在甲醇溶液中加入摩尔比为1-1.5:1的KBH4粉末和SeO2粉末，加热还原得到溶液a，将步骤2.1处理得到的ZnO纳米线阵列多次交替浸入Cd(NO3)2甲醇溶液和溶液a，得到CdS/CdSe量子点敏化的ZnO纳米线阵列，即光阳极，其中Cd(NO3)2甲醇溶液与SeO2粉末摩尔浓度相同。步骤3具体为：步骤3.1，将铜基片经砂纸打磨后置于乙醇溶液中，进行超声波清洗20-30min；步骤3.2，将步骤3.1处理过的铜基片一侧遮挡并置于70℃的浓盐酸中5-10min，取出后使用去离子水和甲醇冲洗并干燥；步骤3.3，将步骤3.2处理过的铜基片置于多硫电解液中进行硫化处理10-15min，取出后使用去离子水和甲醇冲洗并干燥，得到铜基黑色的Cu2S对电极，并将其置于惰性气体中保存。步骤4具体为：步骤4.1，将适量的右旋糖酐缓慢加入质量为3-5g的KCL水溶液中，在85-100℃搅拌均匀，其中KCL水溶液的浓度为20-30％；步骤4.2，在步骤4.1得到的溶液中依次加入0.09-0.10g高纯硫粉与0.65-0.75gNa2S·9H2O，搅拌均匀后冷却至室温，得到水溶胶电解液，即固态电解液。步骤5具体为：步骤5.1，将步骤2中的光阳极、步骤3中的对电极与步骤4中的固态电解液均预热至60-80℃；步骤5.2，将适量经步骤5.1处理的固态电解液滴加至步骤5.1处理后的光阳极表面，即刻在相同温度的密闭容器内抽真空5-10min；步骤5.3，将适量经步骤5.1处理的固态电解液滴加至步骤5.1处理后的对电极表面，即刻在相同温度的密闭容器内抽真空5-10min；步骤5.4，取步骤5.2处理的光阳极和步骤5.3处理的对电极，将其分别置于一定厚度的间隔体两边正对接触，并加热使固态电解液充分融合，封装成电池。本专利技术的有益效果是：本专利技术通过合成导电性良好的固态电解液，通过加热固态电解液，使其充分地填充在ZnO纳米线阵列光阳极和铜基Cu2S纳米片对电极的微结构空隙，不仅克服了液态量子点敏化太阳能电池的性能不稳定以及封装过程中会出现的电解液遗漏问题，而且制备工艺简单、成本低廉、大面积制备重复性好，有很好的使用价值。附图说明图1是本专利技术一种全固态量子点敏化太阳能电池的结构示意图。图中，1.固态电解液，2.导电玻璃，3.铜基片，4.对电极，5.光阳极。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。本专利技术一种全固态量子点敏化太阳能电池，如图1所示，包括相对设置的导电玻璃2和铜基片3，在导电玻璃2和铜基片3之间填充有固态电解液1，导电玻璃2上位于固态电解液1的一侧设置有光阳极5；铜基片3上位于固态电解液1的一侧设置有对电极4。固态电解液1为多硫电解液。本专利技术一种全固态量子点敏化太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：步骤1，在导电玻璃2上制备ZnO纳米线阵列步骤1.1，配制ZnO种子层的前驱体溶液，在导电玻璃2的一侧使用ZnO种子层的前驱体溶液，通过旋涂法和热处理工艺制备出ZnO种子层，其中旋涂速度为3000-4500r/min，热处理工艺的温度为300-350℃，ZnO种子层的厚度为50-100nm；ZnO种子层的前驱体溶液具体为：将16.46g醋酸锌加入4本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种全固态量子点敏化太阳能电池，其特征在于，包括相对设置的导电玻璃(2)和铜基片(3)，在所述的导电玻璃(2)和铜基片(3)之间填充有固态电解液(1)，所述的导电玻璃(2)上位于固态电解液(1)的一侧设置有光阳极(5)；所述的铜基片(3)上位于固态电解液(1)的一侧设置有对电极(4)。

【技术特征摘要】
1.一种全固态量子点敏化太阳能电池，其特征在于，包括相对设置的导电玻璃(2)和铜基片(3)，在所述的导电玻璃(2)和铜基片(3)之间填充有固态电解液(1)，所述的导电玻璃(2)上位于固态电解液(1)的一侧设置有光阳极(5)；所述的铜基片(3)上位于固态电解液(1)的一侧设置有对电极(4)。2.根据权利要求1所述的一种全固态量子点敏化太阳能电池，其特征在于，所述的固态电解液(1)为多硫电解液。3.根据权利要求1所述的一种全固态量子点敏化太阳能电池，其特征在于，所述的对电极(4)为铜基Cu2S纳米片对电极，所述的光阳极(5)为CdS/CdSe量子点敏化的ZnO纳米线阵列光阳极。4.一种如权利要求1所述的全固态量子点敏化太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，在导电玻璃(2)上制备ZnO纳米线阵列；步骤2，将步骤1中的ZnO纳米线阵列进行CdS/CdSe量子点沉积，得到光阳极(5)；步骤3，在铜基片(3)上制备Cu2S对电极(4)；步骤4，制备固态电解液(1)；步骤5，加热步骤2中的光阳极(5)、步骤3中的对电极(4)以及步骤4中的固态电解液(1)并进行封装，形成电池。5.根据权利要求4所述的一种全固态量子点敏化太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述的步骤1具体为：步骤1.1，配制ZnO种子层的前驱体溶液，在导电玻璃(2)的一侧使用ZnO种子层的前驱体溶液，通过旋涂法和热处理工艺制备出ZnO种子层，其中旋涂速度为3000-4500r/min，热处理工艺的温度为300-350℃，ZnO种子层的厚度为50-100nm；步骤1.2，将步骤1.1中的ZnO种子层放入生长液中，采用温度为80-90℃的水浴法制备ZnO纳米线阵列，其中生长液为摩尔浓度比20:1的NaOH与Zn(NO3)2混合溶液或摩尔浓度比1:1的六次甲基四胺与Zn(NO3)2混合溶液或摩尔浓度比1:1的氨水与Zn(NO3)2混合溶液。6.根据权利要求4所述的一种全固态量子点敏化太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述的步骤2具体为：步骤2.1，将步骤1中的ZnO纳米线阵列多次交替浸入相同摩尔浓度的Na2S溶液与Cd(NO3)2甲醇溶液，得到CdS量子点敏化的ZnO纳米...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓建平，傅明星，张鹏超，方俊飞，叶伟，
申请(专利权)人：陕西理工学院，
类型：发明
国别省市：陕西;61