[发明专利]基于CdS与CdSe的复合量子点敏化太阳能电池光阳极制备方法

说明书

本发明公开了基于CdS与CdSe的复合量子点敏化太阳能电池光阳极制备方法。该方法首先采用丝网印刷技术与退火工艺制备介孔TiO₂纳米晶膜，然后采用SILAR，即连续离子层吸附与反应法组装CdS与CdSe光敏剂，通过调节CdS与CdSe交替沉积的工艺参数，形成从CdSSe合金QDs到CdS/CdSe核壳QDs之间多层复合QDs敏化结构的光阳极。本发明的工艺简单、成本低廉、无需气氛保护、重复性好。采用本发明制备的多层结构的CdS/CdSe‑n QDs敏化的光阳极，相比CdSSe合金QDs敏化的光阳极，它具有更强的光吸收和更高的载流子传输和收集效率，集合更优的光学和电学特性使得太阳能电池的效率得到了很大的提高。

技术领域

本发明属于量子点敏化太阳能电池制备技术领域，具体涉及基于CdS与CdSe的复合量子点敏化太阳能电池光阳极制备方法。

背景技术

量子点敏化太阳能电池(QDSSCs)是上世纪90年代出现的第三代太阳能电池，即利用窄禁带的无机半导体量子点(QDs)敏化宽禁带的基底材料。QDs相对于有机染料敏化剂有很大的优势，一方面，其具有量子限域效应，可以通过控制其尺寸和形状来调节QDs的带隙宽度，以此来调节吸收光谱的范围；另一方面，半导体QDs具有激子倍增效应(MEG)，一个高能量的光子激发半导体QDs，可以产生多个电子-空穴对(见A.Shabaev,Al.L.Efros,A.J.Nozik,Nano.Letters 2006,6,第22856-22863页)。如果将半导体QDs的此两大优点应用到太阳能电池中，QDSSC效率的理论值可达到44％(M.C.Hanna,A.J.Nozik,Appl.Phys.2006,100,074510)，比晶体硅太阳能电池的理论值32.9％高很多。因此，不论是在成本还是在应用上，QDSSCs的发展的潜力是巨大。

目前，尽管QDSSCs的最高效率已超过15％[H.Song,Y.Lin,Z.Zhang,et al,J.Am.Chem.Soc.2021,143,4790–4800]，但是与44％的理论值相比，还有很大的差距。作为QDSSCs的核心部分，QDs敏化剂是很重要的影响电池性能的因素。CdS和CdSe由于能级匹配、良好的化学稳定性和电解质溶液的相容性而得到了广泛的研究。虽然CdS能带能够与ZnO和TiO₂的能带很好匹配，实现电子有效的从CdS向ZnO和TiO₂注入，但光吸收能力被限制在550nm以下。另外，CdSe的光吸收范围可以达到720nm，但是电子从CdSe向ZnO和TiO₂注入的驱动力低，载流子的分离和传输遇到较大障碍。

发明内容

本发明的目的是提供基于CdS与CdSe的复合量子点敏化太阳能电池光阳极制备方法，解决了现有技术中存在的太阳能电池的光阳极载流子传输效率低的问题，本发明扩展了现有CdS与CdSe复合QDs的敏化结构，以及拓宽其在不同电子器件领域的应用。

本发明所采用的技术方案是，本发明首先采用丝网印刷技术与退火工艺制备多孔TiO₂纳米晶膜，然后采用SILAR(连续离子层吸附与反应)法组装CdS与CdSe光敏剂，通过调节SILAR交替沉积的工艺，形成从CdSSe合金QDs到CdS/CdSe核壳QDs之间多层复合QDs敏化结构的光阳极。

具体按照以下步骤实施：

步骤1：制备多孔TiO₂纳米晶膜；

步骤2：制备多层结构的CdS/CdSe-n敏化光阳极；

步骤1的具体步骤为：

步骤1.1：采用丝网印刷在附有TiO₂阻挡层的FTO导电玻璃上涂覆TiO₂纳米晶浆料一次，放在密封的玻璃容器中在30-40℃的水浴中静置24小时，待浆料表面平整后放入100-120℃的烘干箱中加热15-20分钟；