[发明专利]一种量子点敏化纳米ZnO薄膜太阳电池的制备方法

说明书

本发明公开了一种量子点敏化纳米ZnO薄膜太阳电池的制备方法，通过水热法首先制备出阵列ZnO纳米棒薄膜结构，然后通过化学反应制备ZnO/CdS核壳结构，通过优化CdTe量子点的生长工艺实现能带的调控，并实现CdTe量子点在ZnO/CdS核壳结构光电极表面的高效吸附，实现具有梯度带隙异质结的光电极。最后，采用Pt电极作为对电极，在光电极和对电极之间加入氧化‑还原电解质形成电池。本发明具有材料来源丰富，提高量子点在表面的吸附率，减少载流子在界面复合等优点，可有效提高敏化ZnO纳米薄膜太阳电池效率。

技术领域

本发明属于光电材料与器件技术领域，具体涉及利用量子点敏化梯度带隙异质结提高纳米ZnO薄膜太阳电池的方法。

背景技术

随着对能源需求的不断增加，可再生能源尤其是太阳能越来越受到人们的重视，光伏应用作为太阳能利用的重要途径一直是研究的热点。如何实现高性能、低成本太阳能电池的设计与制备是太阳能大规模利用的关键所在。根据制备太阳能电池所用材料的不同，太阳能电池可分为：硅太阳能电池、无机化合物半导体太阳能电池、敏化纳米晶太阳能电池、有机化合物太阳能电池、塑料太阳能电池五类。敏化纳米晶薄膜太阳电池是由一种通过在可见光区具有较强光吸收性能的有机或窄禁带无机半导体材料(敏化剂)吸收太阳光的光子能量后，将光生电荷转移到另一种宽禁带半导体材料，从而实现太阳能光电转换的太阳能电池系统。该类电池较之有机类太阳能电池具有高得多的光电转换效率(为有机太阳能电池的2倍以上)、较之硅系太阳能电池则具有低得多的材料和制造成本(只为硅系太阳能电池的十分之一)、较之多元无机化合物电池还免去了可能出现环境污染的风险，被认为是具有巨大应用前景的一种新型太阳能电池。

目前，染料敏化太阳能电池已经发展到向产业化过渡的阶段，在现有技术的基础下，进一步降低成本、提高效率和稳定性，将推进工业化的进程。染料敏化太阳能电池的进一步发展需要高效的光电极以及廉价、稳定的全光谱染料的设计和开发。而且，目前量子点敏化太阳能电池中量子点在纳米结构光电极上有效加载困难而导致吸光率低的缺点。

发明内容

本发明的目的是通过化学反应的方法有效提高量子点在光电极表面的吸附，并通过量子点敏化的的方法实现梯度带隙太阳电池的制备，减少载流子在界面的复合，提供一种操作简单、低成本、重复性好的纳米ZnO薄膜太阳电池的制备方法。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

量子点敏化纳米ZnO薄膜太阳电池的制备方法，包括以下步骤：

(1)ZnO纳米棒阵列的制备：

在透明衬底表面通过热解涂覆乙酸锌的乙醇溶液形成ZnO籽晶层，再利用化学沉积技术在涂有ZnO籽晶层的透明衬底表面形成高度有序的阵列ZnO纳米棒,通过调节反应浓度和反应时间实现可控的ZnO纳米棒阵列的制备；其中，所述透明衬底表面优选为导电玻璃；

(2)ZnO/ZnS核壳结构的制备：

将形成了阵列ZnO纳米棒序列的衬底置于含硫化合物溶液中，并在70-90℃水浴中搅拌2-3h，通过化学反应将阵列ZnO纳米棒制备成为ZnO/ZnS核壳结构；

(3)ZnO/CdS核壳结构的制备：

将具有ZnO/ZnS核壳结构的衬底置于氯化镉溶液中反应，反应时间为0-3h，转化形成具有ZnO/CdS核壳结构的衬底；利用ZnS与CdS溶度积的不同(ZnS和CdS的溶度积分别为2.93×10^-25和1.40×10^-29)，由于CdS的溶度积要比ZnS小，Cd会取代反应ZnS中的Zn从而实现制备ZnO/CdS核壳结构；

(4)CdTe量子点的制备：

将镉离子的可溶性盐、碲离子的可溶性盐和稳定剂进行升温回流，制备得到CdTe量子点；