[发明专利]量子点敏化太阳电池及其制备方法

说明书

本发明公开了一种量子点敏化太阳电池及其制备方法，该量子点敏化太阳电池包括形成在纳晶多孔层的纳晶颗粒表面上的量子点层，采用原子层沉积方法在量子点层的表面沉积表面修饰材料前驱体以形成表面修饰层。本申请采用原子层沉积技术在量子点表面沉积宽禁带半导体材料或绝缘材料形成表面修饰层，与不进行修饰的传统或采用ZnS钝化层的量子点太阳电池相比，由于在原子尺寸沉积，生长颗粒细小，表面修饰层薄膜更加致密，可更加有效地抑制了光生电子与电解质的复合，提升了电池的转换效率。该方法仅是在现有量子点层基础上增加了表面修饰层，不会因表面修饰层的增加而另外需要高温处理，只需室温干燥即可，制备工艺简单。

技术领域

本发明涉及量子点太阳能电池技术领域，具体涉及到一种量子点敏化太阳电池及其制备方法。

背景技术

太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应把太阳能转化成电能的装置。它是以半导体材料为基础，其工作原理是利用光电材料吸收太阳光产生光生电子。根据所使用材料的不同，太阳能电池可分为硅太阳能电池、以III-V化合物(如，砷化镓)、铜铟锡硫等多元化合物为材料的电池、基于功能高分子材料的有机聚合物电池、纳晶敏化太阳能电池、量子点太阳能电池、基于无机有机铅钙钛矿太阳能电池等。其中，量子点太阳能电池以成本低廉、制作工艺简单而成为研究热点。特别是量子点的吸光范围可以通过调节量子点颗粒尺寸来实现，并且1个高能光子可产生多个电子，将大大提高量子产率(Nozik,A.J.,PhysicaE,2002,14,115)，即“多激子效应”。但是，目前此类电池的光电转换效率偏低，电池稳定性还有待进一步提高。

量子点敏化太阳能电池主要由沉积了量子点的光阳极(纳晶多孔层)、电解质和对电极(如硫化亚铜)构成。一方面，材料的选择是影响电池效率的关键因素；同时，电池内部的界面(包括光阳极/量子点、量子点/电解质、电解质/对电极)调控对电池效率的提高也至关重要。目前，量子点敏化太阳能电池的界面调控普遍采用ZnS钝化的方法，该方法存在一些问题，如制备的ZnS的生长颗粒较大，导致形成ZnS钝化层薄膜的颗粒较大，薄膜相对比较疏松，对量子点及未沉积量子点的裸露TiO₂薄膜表面覆盖不完全，无法对界面复合起到较好的抑制作用。常规的ZnS钝化层薄膜通常是采用连续离子层吸附法(SILAR)获得的，该方法很难实现对钝化层厚度的精确控制。

因此，目前迫切需要出现一种新的制备方法以提高量子点敏化太阳电池的效率和稳定性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种量子点敏化太阳电池及其制备方法，该量子点敏化太阳电池由于采用原子层沉积技术在量子点表面沉积宽禁带半导体(绝缘)层，可有效抑制光生电子与电解质的复合，有利于提升电池的性能。

为了实现上述目的，本发明提供了一种量子点敏化太阳电池的制备方法，该量子点敏化太阳电池包括形成在纳晶多孔层的纳晶颗粒表面上的量子点层，且该制备方法包括采用原子层沉积方法在量子点层的表面沉积表面修饰材料前驱体以形成表面修饰层。

进一步地，表面修饰层为能够抑制光生电子与电解质复合的宽带隙半导体纳米颗粒或绝缘材料纳米颗粒；优选地，形成表面修饰层的材料选自MgO、ZrO₂、Nb₂O₅、HfO₂、Y₂O₃、Ta₂O₅、SiO₂和Al₂O₃中的一种或多种；进一步优选地，形成表面修饰层的材料选自SiO₂、ZrO₂或MgO。

进一步地，表面修饰层的厚度为2～100nm，优选为5～20nm。

进一步地，表面修饰层是由纳米颗粒构成的；所述纳米颗粒的粒径为2～10nm，优选地，所述纳米颗粒的粒径为3～5nm。