銦摻雜亞碲酸鉛量子點敏化太陽能電池及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于太陽能技術(shù)領(lǐng)域，更具體涉及一種用于太陽能電池的摻雜量子點敏化劑及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，人類社會正面臨著環(huán)境不斷惡化和能源日漸短缺的嚴重問題，能源危機已經(jīng)愈演愈烈，然而現(xiàn)今的能源供給依然主要依賴于化石能源，隨著地球上化石燃料的逐漸耗盡及環(huán)境污染的日趨加重，人們不得不尋找新的可再生能源。安全可靠、無污染的太陽能無疑是人類未來能源發(fā)展的首選。因此，以太陽能作為新能源供應(yīng)來源最受注目，從技術(shù)發(fā)展過程或未來前瞻性都受到各界密切的關(guān)注。通過光電效應(yīng)直接把光能轉(zhuǎn)化為電能的裝置就是太陽能電池。在各類新型太陽能電池中，由于量子點具有量子限域效應(yīng)、帶隙可調(diào)、多激子效應(yīng)、高消光系數(shù)、制造成本低等特點,近年來用無機量子點替代有機染料作為光敏化劑的量子點敏化太陽能電池(Quantum dots-Sensitized Solar Cells,QDSCs)被廣泛研究。QDSCs是將吸附了量子點的寬禁帶半導(dǎo)體納米晶薄膜作為正極，表面鍍有一層鉬的導(dǎo)電玻璃作為對電極，正極和對電極之間加入氧化-還原電解質(zhì)形成的。量子點吸收太陽光能，電子從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)，激發(fā)態(tài)上面的電子快速注入緊鄰的T12導(dǎo)帶，量子點中失去的電子很快從電解質(zhì)中得到補償，進入T12導(dǎo)帶中的電子最終進入導(dǎo)電玻璃，然后通過外電路到對電極產(chǎn)生光電流。雖然QDSCs的轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)得到了極大的提高，但是其效率還是遠遠低于其30%的理論效率。為了進一步提高QDSCs的效率，有科研工作者將基于T12的η型QDSCs與基于N1的P型QDSCs串聯(lián)成一塊電池形成了疊層太陽能電池(Tandem SolarCells)。染料疊層太陽能電池的理論效率是43%，遠遠超過單結(jié)η型或P型DSSCs的理論效率，其開路電壓等于η型電池和P型電池開路電壓之和，短路電流是取決于光陽極和光陰極電流的最小者，這是由串聯(lián)電路的特點決定的。
[0003]然而量子點疊層太陽能電池的電流是由η型和P型QDSCs電流較小者決定，所以量子點敏化疊層太陽能電池的電流被較差的P型量子點敏化太陽能電池電流所束縛，致使量子點敏化疊層太陽能電池的高理論效率未能實現(xiàn)。為了提高QDSSCs的光電轉(zhuǎn)換效率，η型QDSCs廣泛開展了對QDSSCs的改性工作，其中對量子點進行摻雜也是一種常用的有效方法，CN102163502A公開了一種在CdS量子點中摻雜了 Ca雜質(zhì)離子的方法，提高了 CdS的導(dǎo)帶，改善了 CdS量子點在電極材料表面的吸附狀況，抑制了暗電流的產(chǎn)生，提高了太陽能電池的短路電流和光電轉(zhuǎn)換效率。另外，(Pralay K.Santra, J.Am.Chem.Soc.2012,134,2508-2511)通過SILAR方法將Mn2+摻入到CdS量子點中，使得電子能夠更加有效地注入到T12中，提高了太陽能電池的短路電流、開路電壓和光電轉(zhuǎn)換效率。但是，目前通過SILAR方法對PbTeO3量子點摻雜In作為敏化劑來提高基于P型N1的量子點敏化太陽能電池的性能參數(shù)的工作還未見報道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了提高基于p型N1的QDSCs的性能，本發(fā)明提供了一種用于太陽能電池的In摻雜PbTeO3量子點敏化劑及其制備方法，以此改性PbTeO3量子點的光電特性，使得空穴能夠更加有效地注入到N1中，減少了電池內(nèi)部的復(fù)合中心，降低了暗電流，使得電子空穴可以更加快速有效地分離，進而提高了太陽能電池的短路電流密度和光電轉(zhuǎn)換效率。
[0005]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實施的:
銦摻雜亞碲酸鉛量子點敏化太陽能電池及其制備方法，該方法是將In3+摻雜到CdTeO3量子點中作為敏化劑組裝成量子點敏化太陽能電池。
[0006]所述方法的具體步驟為:
1)配備濃度為0.01M-1M含有量子點陽離子的可溶性鹽溶液，放入20-50°C的水浴中恒溫 30_60min ；
2)將含有In雜質(zhì)原子的可溶性鹽溶液加入步驟I)配備的陽離子溶液當(dāng)中，其中雜質(zhì)原子與量子點原子個數(shù)之比為1:1-1:100 ；
3)配備濃度為0.01M-1M含有半導(dǎo)體量子點陰離子的可溶性溶液，放入20-50°C的水浴中恒溫30-60min ；
4)將待敏化的寬禁帶半導(dǎo)體光陰極材料浸入步驟2)制備的溶液中Ι-lOmin，取出用相應(yīng)溶劑清洗干凈，并用加熱臺干燥；
5)將步驟4)得到的光陰極材料浸入步驟3)制備的陰離子溶液中Ι-lOmin，取出用相應(yīng)溶劑清洗干凈，并用加熱臺干燥，則在光陰極材料上形成In摻雜的PbTeO3量子點敏化劑層；
[0007]本發(fā)明的優(yōu)點在于:在此以In、Pb原子個數(shù)比為1:40的In離子摻雜到PbTeO3量子點為例來說明。將In離子摻雜到PbTeO3量子點中作為敏化劑組裝成量子點敏化太陽能電池，通過優(yōu)化電池內(nèi)部電子空穴的傳輸路徑，從而使得電子空穴可以更加快速的分離，而使得空穴更有效的注入到N1的價帶中，降低了暗電流，提高了太陽能電池的短路電流密度和光電轉(zhuǎn)換效率。在10mW / cm2的光強條件下，該太陽能電池的短路電流密度為
0.396mA / cm2，開路電壓為111.3mV，光電轉(zhuǎn)換效率為0.0186%，比未摻雜的PbTeO3量子點敏化太陽能電池的短路電流密度提高了 12.5%，光電轉(zhuǎn)換效率提高了 8.1%。
[0008]本發(fā)明將通過下面實例來進行舉例說明，但是，本發(fā)明并不限于這里所描述的實施方案，本發(fā)明的實施例僅用于進一步闡述本發(fā)明。對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員對本發(fā)明的內(nèi)容所進行的替代、改動或變更，這些等價形式同樣落入本申請所限定的范圍內(nèi)。
【附圖說明】
[0009]圖1為摻雜了 In離子的PbTeO3量子點與未摻雜的PbTeO3量子點的紫外可見吸收光譜圖；其中，A曲線對應(yīng)于未摻雜的PbTeO3量子點的紫外可見吸收光譜，B曲線對應(yīng)于In摻雜的PbTeO3量子點的紫外可見吸收光譜；
圖2為In摻雜PbTeO3與未摻雜的PbTeO3量子點敏化太陽能電池的J-V曲線；其中，C對應(yīng)于未摻雜的PbTeO3量子點敏化太陽能電池，D對應(yīng)于In摻雜的PbTeO3量子點敏化太陽能電池；
圖3為In