[发明专利]一种ZnO/CdTe/CdS纳米电缆阵列电极及其制备方法

说明书

【技术领域】

本发明属于半导体纳米材料技术领域。更具体地，本发明涉及用于太阳能电池的ZnO/CdTe/CdS纳米电缆阵列电极，还涉及所述ZnO/CdTe/CdS纳米电缆阵列电极的制备方法。

【背景技术】

近年来，由于半导体量子点或纳米晶具有吸收效率较高、禁带宽度可调、抗光降解性能高及多激子产生效应等优点，一维阵列电极则能有效减少电子散射和电子传输路径，提高电子扩散长度和光伏路径，研究人员逐渐采用量子点或纳米晶来敏化一维氧化物纳米阵列电极，以制备半导体敏化太阳能电池(简称SSSC)。在SSSC结构中，由于ZnO和TiO₂禁带宽度较宽，对可见光的透过率较高，且化学和光稳定性较高，所以通常用作为核心电极，常用的量子点材料一般是PbS、CdSe、CdS和CdTe等，其中由于CdTe有较高的光学系数和较窄的带隙(1.5eV，与太阳光谱非常匹配)，对提高光的吸收效率非常有利。然而，当采用纳米晶或量子点来敏化电极时，敏化剂的载量非常有限，并且量子点(或纳米晶)/电解液界面及ZnO/量子点(或纳米晶)界面处的电子复合损失严重，进而影响电极的光电化学性能。为了解决上述问题，制备氧化物纳米阵列(核)/半导体(壳)结构(即纳米电缆)电极是一种不错的选择。例如Yong等人制备的ZnO/CdS纳米电缆阵列电极型电池，效率提高到3.53％，参见Tak Y.等人，《J.Mater.Chem.》2009，19(33)，第5945-5951页；Myung Y.等人，《ACSNano》，2010，4(7)，第3789-3800页。最近，本发明人采用ZnO/CdTe纳米电缆阵列电极构筑电池，饱和光电流达到了6mA/cm²，Xina Wang等人，《ACSNano》，2010，4(6)，第3302-3308页。

此外，双层或多层纳米晶共敏化技术也被用来改善电池的光伏性能。例如，Minsu seoul等人则采用CdS和CdSe量子点共敏化ZnO纳米线技术，通过内层CdS作为籽晶来提高外层CdSe的光学性能，并利用CdS和CdSe之间的协调效应，进而更利于电子的前向传输，使电池的饱和光电流和效率分别提高到9.15mA/cm²，优于单独使用CdS或CdSe的结果，参见Minsu seoul等人，《Electrochemistry communications》，2010，12，第1416-1418页，刘勇等人利用CdS/CdSe量子点双敏化TiO₂纳米线薄膜，通过在5μm的TiO₂纳米线上修饰双量子点，将电池的饱和电流和效率分别提高到7.92mA/cm²和1.14％，参见Ming Li等人，《J.Appl.Phys》，2010，108，094304]。然而，目前多层敏化结构电极的研究还局限于CdS和CdSe共敏化体系，对CdTe参与的共敏化技术则很少涉及。

总概而言，现有技术还存在一些缺陷或不足。首先是吸收光谱的范围有限；其次是电极与电解液长时间接触时，容易被腐蚀，化学和电学稳定性均差；最后是制备工艺复杂，不易控制和重复。

鉴于现有技术存在的缺陷，本发明人在总结现有技术的基础上，经过大量实验研究，终于完成了本发明。

【发明内容】

[要解决的技术问题]

本发明的目的是提供一种ZnO/CdTe/CdS纳米电缆阵列电极。

本发明的另一个目的是提供所述ZnO/CdTe/CdS纳米电缆阵列电极的制备方法。

[技术方案]

本发明是通过下述技术方案实现的。

本发明涉及一种ZnO/CdTe/CdS纳米电缆阵列电极。

该ZnO/CdTe/CdS纳米电缆阵列电极是由按照从里到外顺序的ITO导电玻璃衬底、ZnO缓冲薄膜层、ZnO纳米线阵列层、CdTe纳米电缆层与CdS纳米晶保护层组成的；其中：

ZnO缓冲薄膜层的厚度是20-40nm；

在ZnO纳米线阵列层中，ZnO纳米线的直径是50-100nm与长度0.5-3μm；

CdTe纳米电缆层的厚度是3-30nm；

CdS纳米晶保护层的厚度是2-20nm；

饱和光电流密度达到12.4mA/cm³。

根据本发明的一种优选实施方式，所述的ZnO缓冲薄膜的厚度是25-35nm。