本發(fā)明屬于染料敏化太陽能電池領(lǐng)域，涉及一種p-n型染料量子點染料敏化太陽能電池的制備方法。
背景技術(shù)：
當前傳統(tǒng)化石能源慢慢枯竭，人類面臨著巨大的能源危機。尋求新的能源是解決即將面臨能源危機問題的關(guān)鍵，太陽能作為一種取之不盡用之不竭可再生的能源成為我們最為合適的選擇，染料敏化太陽能電池利用太陽能將光能轉(zhuǎn)化成電能，由于其價格低廉，轉(zhuǎn)化效率高，染料敏化太陽能電池對今后解決能源危機擁有巨大的發(fā)展?jié)撃堋?/p>
目前，研發(fā)的傳統(tǒng)n型染料敏化太陽能電池經(jīng)過十幾年的發(fā)展，光電轉(zhuǎn)化效率難以進一步提高，因此需尋找其他的方式來提高染料敏化太陽能電池效率，p-n型染料敏化太陽能電池就是其研究的一個方向，p-n型染料敏化太陽能電池具有雙面感光的特點，極大的增加了電池的光譜響應范圍，傳統(tǒng)n型電池對于太陽光的吸收光譜主要集中在可見光區(qū)域，占太陽光譜50%的紅外光還沒有被利用。p型染料敏化太陽能電池常用的染料p1、香豆素343（c343）等，對紅外光的吸收有限，因此現(xiàn)在組合的這類p-n型染料敏化太陽能電池也不能充分吸收紅外這部分的光。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種p-n型疊層染料量子點敏化太陽能電池的制備方法，所得太陽能電池光電轉(zhuǎn)化效率較高。
本發(fā)明解決所述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種p-n型疊層染料量子點敏化太陽能電池的制備方法，包括以下步驟：
(1)取導電玻璃ⅰ，采用刮涂法，將tio2漿料沉積于導電玻璃ⅰ表面，使之成tio2薄膜，經(jīng)420～500℃燒結(jié)30～60分鐘，形成tio2光陽極；
所述tio2漿料成膜厚度為3～5μm；tio2漿料的溶劑為無水乙醇或者松油醇；tio2漿料的固液比，即tio2與溶劑的質(zhì)量比=1:2～4。
(2)另取導電玻璃ⅱ；
采用刮涂法，將nio漿料沉積于導電玻璃ⅱ表面，使之成為nio薄膜；或者采用電化學沉積法，將cu2o沉積于導電玻璃ⅱ表面，使之成為膜；
經(jīng)400～550℃燒結(jié)30～60分鐘制備光陰極；
進一步，刮涂法制備的nio薄膜厚度為3～5μm；nio漿料的溶劑為無水乙醇和松油醇的混合溶液；nio漿料的固液比，即nio與溶劑的質(zhì)量比=1:4～5。所述溶劑中無水乙醇和松油醇的質(zhì)量比=1:1~2。
采用電化學沉積法制備cu2o薄膜，電解液為cuso4溶液和dl-乳酸溶液的混合溶液，cuso4和dl-乳酸的摩爾比=1:15~18，所述混合溶液的ph值在10~12，溫度在55~65℃，沉積電位為-3.5~-4v。
(3)將步驟（1）所制得的tio2光陽極浸入n719染料[即二-四丁銨順式-雙(異硫氰基)雙(2,2′-聯(lián)吡啶-4,4′-二羧基)釕(ii)]中16~24h，形成染料敏化的tio2光陽極；
所述n719染料溶解在無水乙醇中，n719染料在無水乙醇中的摩爾濃度為0.3×10-3-0.5×10-3mol/l。
(4)采用連續(xù)離子層吸附反應法在步驟（2）所得光陰極上沉積量子點材料，形成量子點敏化的光陰極。
所述量子點材料為pbs、pbse、pbte、ag2s或ag2se量子點；
連續(xù)離子層吸附反應法制備量子點的過程中，量子點材料（如ag2se、ag2s、pbs或pbse、pbte）陽離子溶液中的陽離子（如ag+，pb2+）及陰離子溶液中的陰離子（如se2-，s2-，te2-）的濃度均為0.02~0.5mol/l(優(yōu)選0.04~0.2mol/l，更優(yōu)選0.04mol/l)。濃度過高量子點團聚嚴重，濃度過低難以吸附足量的量子點。
連續(xù)離子層吸附反應法制備量子點的過程中，按量子點化學式中元素的配比，所述陽離子溶液中的陽離子與陰離子溶液中的陰離子的摩爾濃度比為2:1或1:1。
所述量子點溶液所采用的溶劑為甲醇、乙醇或水。
所述連續(xù)離子層吸附反應法中沉積的循環(huán)次數(shù)為1-5次。
(5)在步驟（3）染料敏化的tio2光陽極上滴加電解質(zhì)材料，與步驟（4）量子點敏化的光陰極組合成電池，即成。
所述電解質(zhì)材料的制備方法，將單質(zhì)碘和碘鹽加入到n-甲基吡咯烷酮中，攪拌均勻。優(yōu)選室溫攪拌，攪拌速度為500~700r/min，攪拌時間為3.5~5h。
所述碘鹽優(yōu)選碘化鋰、碘化鈉的一種或幾種。
所述單質(zhì)碘的加入量為n-甲基吡咯烷酮質(zhì)量的0.12wt%~0.15wt%；所述單質(zhì)碘與碘鹽的摩爾比為1~1.5︰1。
本發(fā)明采用具有紅外吸光特性的量子點作p-n型染料敏化太陽能電池中的p區(qū)敏化劑，用以匹配染料敏化的光陽極，形成互補的光吸收，提高太陽光的利用率，同時調(diào)節(jié)量子點的大小，可以調(diào)其能帶，因此可以更加容易的形成能帶匹配的器件。
本發(fā)明創(chuàng)新性在于染料敏化太陽能電池的光陽極吸附染料，光陰極沉積量子點，將染料和量子點同時用于吸收太陽光，本發(fā)明將量子點作為染料敏化太陽能電池的吸收劑。與具有吸收可見光吸收特性的染料相結(jié)合，增強染料吸收光譜的范圍，同時提高染料敏化太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化效率。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于：
（1）本發(fā)明的染料敏化太陽能電池是p-n型染料敏化太陽能電池，相比傳統(tǒng)的p-n型染料敏化太陽能電池，優(yōu)點在于本發(fā)明將量子點引入到p-n型染料敏化太陽能電池的光陰極中，增加紅外光的吸收，增強光的利用率，有利于提高光電轉(zhuǎn)化效率。
（2）本發(fā)明將量子點引入到p-n型染料敏化太陽能電池的光陰極中，量子點帶隙可調(diào)，更好的匹配光電器件，有利于提升光電效率。
（3）本發(fā)明為染料敏化太陽能電池效率的提高提供了新的研究方向。
附圖說明
圖1是p-n型染料量子點敏化太陽能電池的結(jié)構(gòu)圖。
具體實施方式
為了便于理解本發(fā)明，下文將結(jié)合較佳的實施例對本文發(fā)明做更全面、細致地描述，但本發(fā)明的保護范圍并不限于以下具體實施例。
除非另有定義，下文中所使用的所有專業(yè)術(shù)語與本領(lǐng)域技術(shù)人員通常理解含義相同。本文中所使用的專業(yè)術(shù)語只是為了描述具體實施例的目的，并不是旨在限制本發(fā)明的保護范圍。
除非另有特別說明，本發(fā)明中用到的各種原材料、試劑、儀器和設備等均可通過市場購買得到或者可通過現(xiàn)有方法制備得到。
實施例1
本實施例包括以下步驟：
（1）取導電玻璃ⅰ，采用刮涂法，將tio2漿料（固液比=1:4）沉積于導電玻璃ⅰ表面，使之成tio2薄膜，后經(jīng)450℃處理30分鐘，形成tio2光陽極；
所述tio2漿料成膜厚度為3μm；tio2漿料的溶劑為無水乙醇；tio2漿料的固液比，即tio2與溶劑的質(zhì)量比=1:4。
（2）另取導電玻璃ⅱ；
采用刮涂法，將nio漿料沉積于導電玻璃ⅱ表面，使之成為nio薄膜；經(jīng)500℃處理30分鐘，形成光陰極；
nio薄膜厚度為3μm；nio漿料的溶劑為無水乙醇和松油醇的混合溶液；nio漿料的固液比，即nio與溶劑的質(zhì)量比=1:4。所述溶劑中無水乙醇和松油醇的質(zhì)量比=1:1。
nio:松油醇:無水乙醇的質(zhì)量比為1:2:2。
（3）將步驟（1）所制得的tio2光陽極浸入n719染料中20h，形成染料敏化的tio2光陽極；
所述n719染料溶解在無水乙醇中，n719染料在無水乙醇中的摩爾濃度為0.4×10-3mol/l；
（4）采用連續(xù)離子層吸附反應法在步驟（2）所得光陰極上沉積pbs量子點，形成量子點敏化的nio光陰極。
所述連續(xù)離子層吸附反應法制備量子點的過程中，量子點材料pbs陽離子溶液(pb(no3)2)中的陽離子pb2+及陰離子溶液(na2s)中的陰離子s2-的離子濃度均為0.2mol/l，陽離子溶液中的陽離子與陰離子溶液中的陰離子的摩爾濃度比為1:1；所采用的溶劑為乙醇；沉積的循環(huán)次數(shù)為3次；
（5）在步驟（3）染料敏化的tio2光陽極上滴加電解質(zhì)材料，與步驟（4）量子點敏化的nio光陰極組合成電池，即成。
電解質(zhì)材料的制備方法，是將0.02753gi2（1.08*10-4mol）與0.01246glii（9.299*10-5mol）加入20.32gn-甲基吡咯烷酮中，室溫下攪拌4h，攪拌速度控制為600r/min；
測試本實施例制備的染料敏化太陽能電池的性能：在室溫環(huán)境中，使用氙燈模擬太陽光，光強為80mw/cm2(光強：使用硅光電二極管標定條件下)，測得聚合物染料敏化太陽能電池，有效光照面積為0.25cm2的光電轉(zhuǎn)換效率為1.0%。
實施例2
本實施例包括以下步驟：
（1）取導電玻璃ⅰ，采用刮涂法，將tio2漿料沉積于導電玻璃ⅰ表面，使之成tio2薄膜，經(jīng)460℃燒結(jié)30分鐘，形成tio2光陽極；
所述tio2漿料成膜厚度為5μm；tio2漿料的溶劑為無水乙醇；tio2漿料的固液比，即tio2與溶劑的質(zhì)量比=1:4。
（2）另取導電玻璃ⅱ；
采用刮涂法，將nio漿料沉積于導電玻璃ⅱ表面，使之成為nio薄膜；
經(jīng)550℃燒結(jié)30分鐘制備光陰極；
刮涂法制備的nio薄膜厚度為5μm；nio漿料的溶劑為無水乙醇和松油醇的混合溶液；nio漿料的固液比，即nio與溶劑的質(zhì)量比=1:4。所述溶劑中無水乙醇和松油醇的質(zhì)量比=1:1。nio:松油醇:無水乙醇的質(zhì)量比為1:2:2。
（3）將步驟（1）所制得的tio2光陽極浸入n719染料中20h，形成染料敏化的tio2光陽極；
所述n719染料溶解在無水乙醇中，n719染料在無水乙醇中的摩爾濃度為0.4×10-3mol/l。
（4）采用連續(xù)離子層吸附反應法在步驟（2）所得光陰極上沉積pbs量子點，形成量子點敏化的nio光陰極。
所述連續(xù)離子層吸附反應法制備量子點的過程中，量子點材料pbs陽離子溶液(pb(n03)2)中的陽離子（pb2+）及陰離子溶液(na2s)中的陰離子（s2-）的濃度均為0.2mol/l，陽離子溶液中的陽離子與陰離子溶液中的陰離子的摩爾濃度比為1:1；所采用的溶劑為乙醇；沉積的循環(huán)次數(shù)為4次；
（5）在步驟（3）染料敏化的tio2光陽極上滴加電解質(zhì)材料，與步驟（4）量子點敏化的nio光陰極組合成電池，即成。
電解質(zhì)材料的制備是將0.02641gi2（1.04*10-4mol）與0.01146glii（8.55*10-5mol）加入20.02gn-甲基吡咯烷酮中，室溫下攪拌3.5h，攪拌速度控制為550r/min。
測試測試本實施例制備的染料敏化太陽能電池的性能：在室溫環(huán)境中，使用氙燈模擬太陽光，光強為80mw/cm2(光強：使用硅光電二極管標定條件下)，測得聚合物染料敏化太陽能電池，有效光照面積為0.25cm2的光電轉(zhuǎn)換效率為1.2%。
實施例3
（1）取導電玻璃ⅰ，采用刮涂法，將tio2漿料沉積于導電玻璃ⅰ表面，使之成tio2薄膜，經(jīng)440℃燒結(jié)30分鐘，形成tio2光陽極；
所述tio2漿料成膜厚度為3μm；tio2漿料的溶劑為無水乙醇；tio2漿料的固液比，即tio2與溶劑的質(zhì)量比=1:4。
（2）另取導電玻璃ⅱ；
采用電化學沉積法，將cu2o沉積于導電玻璃ⅱ表面，使之成為膜；
經(jīng)550℃燒結(jié)30分鐘制備cu2o光陰極；
采用電化學沉積法制備cu2o薄膜，電解液為cuso4溶液和dl-乳酸溶液的混合溶液，cuso4和dl-乳酸的摩爾比=1:15，所述混合溶液的ph值在10，溫度在55℃，沉積電位為-4v?；旌先芤褐衏uso4的濃度為0.02mol/l，dl-乳酸的濃度為0.30mol/l。
（3）將步驟（1）所制得的tio2光陽極浸入n719染料中24h，形成染料敏化的tio2光陽極；
所述n719染料溶解在無水乙醇中，n719染料在無水乙醇中的摩爾濃度為0.4×10-3mol/l。
（4）采用連續(xù)離子層吸附反應法在步驟（2）所得cu2o光陰極上沉積ag2se量子點。形成量子點敏化的cu2o光陰極。
所述連續(xù)離子層吸附反應法制備量子點的過程中，量子點材料ag2se的陽離子溶液（agn03）中的陽離子（ag+）及陰離子溶液（naseso3）中的陰離子（se2-）的離子濃度分別為0.2mol/l和0.1mol/l，所述陽離子溶液中的陽離子與陰離子溶液中的陰離子的摩爾濃度比為2:1，所采用的溶劑為乙醇；沉積的循環(huán)次數(shù)為3次；
（5）在步驟（3）染料敏化的tio2光陽極上滴加電解質(zhì)材料，與步驟（4）量子點敏化的cu2o光陰極組合成電池，即成。
電解質(zhì)材料的制備是將0.02853gi2（1.123*10-4mol）與0.01346glii（1*10-4mol）加入20.82gn-甲基吡咯烷酮中，室溫下攪拌4h，攪拌速度控制為580r/min。
測試本實施例制備的染料敏化太陽能電池的性能：在室溫環(huán)境中，使用氙燈模擬太陽光，光強為100mw/cm2(光強：使用硅光電二極管標定條件下)，測得聚合物染料敏化太陽能電池，有效光照面積為0.25cm2的光電轉(zhuǎn)換效率為1.1%。
實施例4
本實施例包括以下步驟：
（1）取導電玻璃ⅰ，采用刮涂法，將tio2漿料沉積于導電玻璃ⅰ表面，使之成tio2薄膜，經(jīng)450℃燒結(jié)30分鐘，形成tio2光陽極；
所述tio2漿料成膜厚度為5μm；tio2漿料的溶劑為無水乙醇；tio2漿料的固液比，即tio2與溶劑的質(zhì)量比=1:4。
（2）另取導電玻璃ⅱ；
采用電化學沉積法，將cu2o沉積于導電玻璃ⅱ表面，使之成為膜；
經(jīng)550℃燒結(jié)30分鐘制備cu2o光陰極；
采用電化學沉積法制備cu2o薄膜，電解液為cuso4溶液和dl-乳酸溶液的混合溶液，cuso4和dl-乳酸的摩爾比=1:16，所述混合溶液的ph值在11，溫度在60℃，沉積電位為-4.5v?；旌先芤褐衏uso4濃度為0.02mol/l，dl-乳酸濃度為為0.32mol/l。
（3）將步驟（1）所制得的tio2光陽極浸入n719染料中24h，形成染料敏化的tio2光陽極；
所述n719染料溶解在無水乙醇中，n719染料在無水乙醇中的摩爾濃度為0.4×10-3mol/l。
（4）采用連續(xù)離子層吸附反應法在步驟（2）所得cu2o光陰極上沉積pbs量子點，形成量子點敏化的cu2o光陰極。
所述連續(xù)離子層吸附反應法制備量子點的過程中，量子點材料pbs陽離子溶液(pb(no3)2)中的陽離子（pb2+）及陰離子溶液(na2s)中的陰離子（s2-）的離子濃度均為0.3mol/l，所述陽離子溶液中的陽離子與陰離子溶液中的陰離子的摩爾濃度比為1:1；所采用的溶劑為乙醇；沉積的循環(huán)次數(shù)為5次；
（5）在步驟（3）染料敏化的tio2光陽極上滴加電解質(zhì)材料，與步驟（4）量子點敏化的cu2o光陰極組合成電池，即成。
電解質(zhì)的制備是將0.02833gi2（1.115*10-4mol）與0.01254glii（9.358*10-5mol）加入取20.25gn-甲基吡咯烷酮，室溫下攪拌3.5h，攪拌速度控制為600r/min。
測試本實施例制備的光陽極和光陰極電解質(zhì)組裝成太陽能器件。測試該染料敏化太陽能電池的性能：在室溫環(huán)境中，使用氙燈模擬太陽光，光強為100mw/cm2(光強：使用硅光電二極管標定條件下)，測得聚合物染料敏化太陽能電池，有效光照面積為0.25cm2的光電轉(zhuǎn)換效率為1.1%。
對比例1
本對比例包括以下步驟：
（1）取導電玻璃ⅰ，采用刮涂法，將tio2漿料沉積于導電玻璃ⅰ表面，使之成tio2薄膜，經(jīng)450℃燒結(jié)30分鐘，形成tio2光陽極；
所述tio2漿料成膜厚度為3μm；tio2漿料的溶劑為無水乙醇；tio2漿料的固液比，即tio2與溶劑的質(zhì)量比=1:4。
（2）另取導電玻璃ⅱ；
采用刮涂法，將nio漿料沉積于導電玻璃ⅱ表面，使之成為nio薄膜；
經(jīng)500℃燒結(jié)30分鐘制備nio光陰極；
刮涂法制備的nio薄膜厚度為3μm；nio漿料的溶劑為無水乙醇和松油醇的混合溶液；nio漿料的固液比，即nio與溶劑的質(zhì)量比=1:4。所述溶劑中無水乙醇和松油醇的質(zhì)量比=1:1。nio:松油醇:無水乙醇的質(zhì)量比為1:2:2。
（3）將步驟（1）所制得的tio2光陽極浸入溶解有0.4×10-3mol/ln719染料的無水乙醇溶液中敏化20h，將步驟（2）所制得的nio光陰極放入溶解有0.1×10-3mol/lc343染料的無水乙醇溶液中敏化20h。
（4）在步驟（3）n719染料敏化的tio2光陽極上滴加電解質(zhì)材料，與步驟（3）c343染料敏化的nio光陰極組合成電池，即成。
電解質(zhì)的制備是將0.02753gi2(1.084*10-4mol)與0.01246glii(9.298*10-5mol)加入取20.32gn-甲基吡咯烷酮，室溫下攪拌4h，攪拌速度控制為600r/min；
測試本對比例所制備的光陽極和光陰極電解質(zhì)組裝成太陽能器件。測試該染料敏化太陽能電池的性能：在室溫環(huán)境中，使用氙燈模擬太陽光，光強為80mw/cm2(光強：使用硅光電二極管標定條件下)，測得聚合物染料敏化太陽能電池，有效光照面積為0.25cm2的光電轉(zhuǎn)換效率為0.70%。
綜上，本發(fā)明為p-n型染料量子點敏化太陽能電池，使用本方法制備的染料量子點敏化太陽能電池在紫外-可見及近紅外區(qū)域的光吸收提高，最終提高染料敏化太陽能電池的光電效率。