[发明专利]荧光共振能量转移光阳极及其制备方法

说明书

一种荧光共振能量转移光阳极及其制备方法，属于光阳极技术领域。光阳极含导电基片、吸附于该基片的n型半导体膜及吸附于该半导体膜的光电传输层，光电传输层含连接于该半导体膜的方酸染料、连接于方酸染料的卤代硫醇及连接于卤代硫醇的Ⅰ型核壳结构量子点，该量子点的壳层导带位置高于方酸染料的LUMO能级。光谱响应范围宽、吸光效率高、荧光共振能量转移效率及光电转化效率高。方法包括将沉积于导电基片的n型半导体膜于方酸染料醇溶液中敏化、于卤代硫代乙酸酯的甲苯溶液中回流卤代后水解，得连接有功能桥链分子的半导体光阳极；将含ZnS壳层的Ⅰ型核壳结构量子点分散于甲苯浸泡该半导体光阳极2～12h。操作简单、可控性好、成本低。

技术领域

本发明涉及光阳极技术领域，具体而言，涉及一种荧光共振能量转移光阳极及其制备方法。

背景技术

能源危机日益严峻，敏化太阳能电池以其工艺简单、成本低廉等系列优势成为新能源领域的研究热点。然而，敏化太阳能电池中光敏剂有限的光谱响应范围使电池吸光效率受到制约，大大影响了电池的光电效率。因此，有效拓展太阳能电池的光谱响应范围，构筑吸光效率更强的宽光谱响应型电池，对于提高电池的光电转化效率和推进其实用化进程来说意义重大。

目前，有关量子点与光敏染料荧光共振能量转移(FRET)键合体系的型电池的研究尚不多见。现有技术中的型电池主要存在以下问题：一是方酸染料吸收光谱在600～700nm范围内，太阳光能量有效利用率低；二是激发态电子从染料向量子点复合的现象削弱了二者间的FRET效率和电池效率；Kamat通过四步化学反应合成出带丙基硫醇桥链的方酸染料与量子点连接，反应步骤多、反应较为复杂；其是通过丙基硫醇桥链为染料和量子点提供FRET作用所需的间距条件，而该桥链的柔顺性及分子链卷曲现象使间距控制变得困难。以上因素使得量子点与敏化染料之间的FRET能量转移效率受限，导致光阳的吸光效率和电池的光电效率不高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种荧光共振能量转移光阳极，其具备光谱响应范围宽、吸光效率高、染料与量子点之间荧光共振能量转移效率高、光电转化效率高等优点。

本发明的另一目的在于提供一种荧光共振能量转移光阳极的制备方法，操作简便、成本低、适用范围广，制得的光阳极吸光效率及光电转化效率高。

本发明的实施例是这样实现的：

一种荧光共振能量转移光阳极，其包括导电基片、吸附于导电基片的n型半导体膜以及吸附于n型半导体膜的光电传输层，光电传输层包括连接于n型半导体膜的方酸染料、连接于方酸染料的卤代硫醇及连接于卤代硫醇的Ⅰ型核壳结构量子点，Ⅰ型核壳结构量子点的壳层导带位置高于方酸染料的LUMO能级。

一种荧光共振能量转移光阳极的制备方法，其包括将沉积于导电基片的n型半导体膜于方酸染料的醇溶液中敏化，于卤代硫代乙酸酯的甲苯溶液中回流卤代后水解，得连接有功能桥链分子的半导体光阳极；将含ZnS壳层的Ⅰ型核壳结构量子点分散于甲苯浸泡连接有功能桥链分子的半导体光阳极2～12h。

本发明实施例的有益效果是：

本发明提供的荧光共振能量转移光阳极，Ⅰ型核壳结构量子点作为能量供体能够有效吸收能量受体方酸染料不能吸收的近红外光，再通过荧光共振能量转移将能量传递给能量受体。光谱响应范围宽、吸光效率高。

卤代硫醇作为功能桥链分子分别与能量供体和能量受体进行键合，使能量供体相对于能量供体均匀分布，使发生荧光共振能量转移的激子比例提高；Ⅰ型核壳结构量子点的壳层能够合理调控能量供体与能量受体之间的间距，能量供体与能量受体之间的偶极作用增强，荧光共振能量转移效率提高。Ⅰ型核壳结构量子点的壳层导带位置高于核层导带位置并高于能量受体的LUMO能级，能有效抑制能量受体与能量供体之间的非有效电荷复合，从而增强二者之间的能量转移效果，染料与量子点之间荧光共振能量转移效率高、光电转化效率高。