[发明专利]一种可双面照射量子点敏化太阳能电池的对电极和制备

说明书

技术领域

本发明属于太阳能电池技术领域，涉及一种可双面照射量子点敏化太阳能电池的对电极和制备方法。

发明背景

太阳能电池是一种将太阳能转化为电能的装置，具有能量来源丰富，环保等优点。其发展主要历经了以下的三个发展阶段，第一代的太阳能电池主要以单晶硅、多晶硅和非晶硅为主体，但由于其造价高且制作成本高昂使其难以继续发展。第二代太阳能电池以铜铟镓硒、碲化镉等化合物薄膜电池和聚合物太阳能电池为代表，其薄膜厚度薄、成本低廉，虽然很大程度降低了器件对原材料的需求，但是其所需稀有材料如铟、碲等储量低且难以进行大规模化生产。第三代太阳能电池主要以染料敏化太阳能电池和量子点敏化太阳能电池等有机电池为主。其中，量子点敏化太阳能电池采用无机半导体量子点作为敏化剂，具有制备成本低且理论转化率较高(可达66％的光电转换效率)等优点，倍受研究者的关注。目前，国际上已报道的成功用于量子点敏化太阳能电池的对电极材料主要为Cu₂S、CuS、PbS、CoS等金属硫化物，归功于其与电池中S^2-/S_n^2-多硫电解质体系较好的匹配性，因此表现出较好的催化性能。而染料敏化太阳能电池中常用的铂和其它贵金属对电极在量子点敏化太阳能电池中催化活性较低。

当前已报道的金属硫化物对电极大多不具有透光性，由此组装得到的电池只能通过光阳极一侧接收太阳光，因而大大限制了电池的使用，尤其是在光伏建筑一体化(BIPV)应用中具有很大的局限性。因此开发具有可双面照射的量子点敏化电池具有很好的理论研究意义和工业化开发前景。

发明内容

本发明针对上述技术分析，采用了具有一定光线透过率的Cu₂S网孔材料作为量子点敏化太阳能电池的对电极，开发了一种可双面照射量子点敏化太阳能电池，并有效实现了电池的重量轻量化。

本发明的Cu₂S做成的对电极可以双面照射，这样更有利于太阳光的吸收，也降低了制作成本。同时制作工艺简单，稳定性较好，所制得的量子点敏化太阳能电池具有较好的光电效率。

本发明的一种可双面照射量子点敏化太阳能电池的对电极，所述对电极包括导电基板和Cu₂S对电极两部分组成；其中导电基片为可透光的导电玻璃。

所述透明导电玻璃为掺F的SnO₂导电玻璃(FTO)或掺Sn的In₂O₃导电玻璃(ITO)中的一种。

本发明的一种可双面照射量子点太阳能电池的对电极制备方法，包括：

(1)裁剪7×7mm左右的方形黄铜材料，将其置于去污剂溶液、去离子水和无水乙醇中超声清洗10～20min；

(2)将步骤(1)中清洗过的黄铜材料置于40～70℃水浴加热的浓HCl中反应，取出后，用大量去离子水冲洗，然后用N₂干燥；

(3)室温下,在溶剂中加入单质硫、硫化物，搅拌制得多硫电解质溶液；

(4)将步骤(2)中用浓HCl处理过的黄铜材料浸入多硫电解液中反应0.5～10min，取出后，洗涤，烘干，得到Cu₂S对电极材料；

(5)将步骤(4)中制得的Cu₂S材料与导电玻璃附着，组成Cu₂S/导电玻璃对电极，用于电池组装。

所述步骤(2)黄铜材料在热的浓HCl中反应时间控制在1～15min。

所述步骤(3)多硫电解液包括单质硫、硫化物；单质硫的形态为沉降流、升华硫、精制硫中的一种或几种；硫化物为硫化钠、硫化钾、硫化铵中的一种或几种。

本发明所述一种可双面照射量子点太阳能电池中的Cu₂S对电极，未用多硫酸电解液处理前一直为淡黄色，处理后为黑色的Cu₂S。

本发明所述一种可双面照射量子点太阳能电池中的Cu₂S对电极可与CdS/TiO₂敏化光阳极、多硫化物电解质组装成量子点敏化太阳能电池。