稀土硒化物量子点太阳能电池的制备及其应用制造技术

稀土硒化物量子点太阳能电池的制备及其应用，采用溶剂热法的特点，结合溶剂热法中有机相合成和水相合成的特点，成功合成稀土硒化物量子点，通过改变反应物配比、反应温度、反应时间来调节量子点粒径，使半导体量子点导带价带更易于二氧化钛导带价带匹配形成阶梯结构促进电子空穴传输，减少电子—空穴对的复合，提高太阳能电池光电转换效率。本发明专利技术的优点是：本稀土硒化物量子点制备技术稳定，有机相合成量子产率高、量子点粒径更小。水相制备的量子点材料无毒、廉价、操作简单、环境友好、并有高度的重现性。所制备的太阳能电池易组装成本低且具有宽的吸收光谱和高的光电转换效率，具有比较高的开发价值。

Preparation and application of rare earth selenide quantum dot solar cells

Rare earth selenide quantum dot solar cell preparation and application characteristics by solvothermal method, combined with the organic phase and aqueous phase synthesis solvothermal synthesis of the characteristics of successful synthesis of rare earth selenide quantum dots, by changing the ratio of reactants, reaction temperature and reaction time to adjust the size of the semiconductor quantum dots. Quantum dots to TiO2 conduction band to valence band, conduction band to valence band formed a ladder structure to promote electron hole transport, reduce the electron hole pair recombination, improving the conversion efficiency of solar battery. The invention has the advantages that the preparation technology of the quantum dots of the rare earth selenide is stable, the quantum yield of the organic phase synthesis is high, and the quantum dot particle size is smaller. The QDs prepared by aqueous phase are non-toxic, inexpensive, simple to operate, environmentally friendly and highly reproducible. The prepared solar cells are easy to assemble and have low cost, wide absorption spectrum and high photoelectric conversion efficiency, so they have high development value.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及硒化物量子点太阳能电池的制备，尤其涉及稀土硒化物量子点太阳能电池的制备及其应用。
技术介绍
太阳能的开发利用对解决能源危机和发展低碳经济都具有极其重要的意义。其中，新一代太阳能电池—量子点敏化太阳能电池由于具备高理论转换效率和低生产成本，引起了科学界的广泛关注。考虑材料本身缺陷、能级匹配及制备工艺对太阳能电池性能的影响，设计了稀土硒化物量子点作为光电转换材料，利用硒化物宽吸收光谱，采用溶剂热和水热法合成技术，合成了可控粒径稀土硒化物量子点材料并将其应用于太阳能电池中。量子点相较于体半导体材料易调控能级使得电子给体和受体之间能级匹配，大幅提高太阳能光电转换效率。稀土硒化物量子点兼顾了量子点所有的优点，同时又将稀土元素丰富的能级赋予量子点之中，使得稀土硒化物量子点作为太阳能电池的吸光材料而具有非常宽的吸收峰，从而进一步提高量子点太阳能电池光电转换效率。本专利技术分别采用溶剂热法中有机相和水相合成的方法制备出不同稳定剂修饰的稀土硒化物量子点，并将其应用于太阳能电池中。有机相中制备的量子点具有较高的荧光量子产率，较好的单分散性和稳定性，光学性能优异且粒径可控。水相制备的量子点无毒、廉价、操作简单、环境友好、并有高度的重现性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供稀土硒化物量子点太阳能电池的制备及其应用，稀土硒化物量子点太阳能电池具有高光电转换效率、低成本和易组装等特点。本专利技术稀土硒化物量子点太阳电池制备是这样来实现的，其特征是方法步骤如下：方法1：（1）以稀土氧化物作为稀土前驱体，硒粉制得的三正辛基硒化膦为硒前驱体，油酸作为溶剂，1-十八烯为稳定剂，Ar氛围下合成油溶性稀土硒化物量子点。丙酮诱使量子点沉淀，离心分离提纯得固体粉末。（2）硒前驱体以一定比例加入稀土溶液前驱体中反应得到稀土硒化物量子点，此时的量子点含有未反应完全的杂质，加入过量的丙酮，量子点不溶于丙酮会沉淀下来，而杂质会溶于丙酮，采用离心方法可将量子点提纯；（3）以多孔半导体TiO2纳米材料为光阳极，将提纯后的量子点和TiO2组装成电池；当太阳光照射光阳极时，附着在TiO2上稀土量子点的电子—空穴对发生分离，电子从量子点价带跃迁至导带并注入TiO2的导带中经由FTO导电玻璃连接负载传递给铂金背电极，最后通过空穴传输层PESOT:PSS和电子复合形成电子-空穴对完成一个循环。方法2：（1）以硒粉制的硒氢化钠作为硒前驱体，稀土氯化物水溶液作为稀土前驱体，L-半胱氨酸为稳定剂，Ar氛围下回流反应1h制得水溶性稀土硒化物量子点。乙醇诱使量子点沉淀，离心分离得纯净量子点。（2）硒前驱体以一定比例加入稀土溶液前驱体中反应得到稀土硒化物量子点，此时的量子点含有未反应完全的杂质，加入过量的乙醇，量子点不溶于乙醇会沉淀下来，而杂质会溶于乙醇，采用离心方法可将量子点提纯；（3）参考上述方法1中的（3）。本专利技术的优点是：有机相中制备的量子点荧光量子产率高，单分散性和稳定性较好，光学性能优异且粒径可控。水相制备量子点试剂无毒、廉价、操作简单、环境友好、并有高度的重现性符合能源发展趋势，具有比较高的开发价值。具体实施方式以下通过实施例作进一步详细描述，但本实施例并不用于限制本专利技术，凡是采用本专利技术的相似结构及其相似变化，均应列入本专利技术的保护范围。本专利技术采用溶剂热法：分别在有机相中和水相合成中合成稀土硒化物量子点，与二氧化钛组装成电池。本专利技术稀土硒化物量子点合成具体步骤如下：方法1：（1）往250mL三颈烧瓶中加入一定量的稀土氧化物，加入适量油酸和1-十八烯，往250mL恒压滴液漏斗中加入三正辛基膦溶解硒粉的硒前驱体，其中硒粉、三正辛基膦、稀土氧化物、油酸、1-十八烯的摩尔比为1:1.3:0.67:4.2:5。同时装置需搭载球形冷凝管。（2）使装置密闭，25℃搅拌同时将装置抽成真空，然后打开三通阀往装置中充入高纯Ar，反复三次使得装置内和溶剂中完全无氧。搅拌半小时形成稀土化合物前驱体。（3）打开球形冷凝管冷凝水，升高温度至300℃，打开恒压滴液漏斗使硒前驱体溶液迅速加入稀土化合物前驱体溶液中，搅拌回流反应5min。本专利技术稀土硒化物量子点分离提纯步骤如下：（1）将制得的量子点移入烧杯中，缓慢持续加入丙酮，当看到有沉淀生成时继续加入丙酮直至沉淀不再生成；将得到含有沉淀的溶液移入50mL离心管中，14000rmp离心10min得稀土硒化物量子点粉末。反复三次即可得纯净油溶性稀土硒化物量子点。（2）将得到的量子点重新分散在三氯甲烷中供组装电池使用方法2：（1）在手套箱中制备硒氢化钠溶液作为硒前驱体，并存放于真空卡口瓶中。（2）往250mL两颈烧瓶中加入一定量的稀土氯化物水溶液和L-半胱氨酸，再加入20mL三次蒸馏水，其中稀土硒化物、L-半胱氨酸摩尔比为1:0.33。装置组装球形冷凝管，且烧瓶一个颈用橡胶翻口塞密封。（3）使装置密闭，室温条件下搅拌同时将装置抽成真空，然后打开三通阀往装置中充入高纯Ar，反复三次使得装置内和溶剂中完全无氧。搅拌半小时形成稀土化合物前驱体。（4）保持温度为25℃，用注射器从卡口瓶中吸取一定量的硒前驱体溶液迅速注入稀土前驱体中，其中硒前驱体和稀土氯化物摩尔比为0.9:1。搅拌回流反应1h。本专利技术稀土硒化物量子点分离提纯步骤如下：（1）将制得的量子点移入烧杯中，缓慢持续加入乙醇，当看到有沉淀生成时继续加入乙醇直至沉淀不再生成；将得到含有沉淀的溶液移入50mL离心管中，14000rmp离心10min得稀土硒化物量子点粉末。反复三次即可得纯净水溶性稀土硒化物量子点。本专利技术稀土硒化物量子点太阳能电池组装步骤如下：（1）取1.5*2.0cm2的FTO导电玻璃于丙酮、无水乙醇和水摩尔比为2:2:1的溶液中超声清洗10min，随即用去离子水清洗掉有机溶剂，将洗净的导电玻璃烘干。（2）在导电玻璃导电层旋涂一层多孔TiO2膜，然后将含有TiO2膜的导电玻璃在盛有稀土量子点溶液的称量瓶中浸泡24h使得量子点充分吸附在TiO2分子上。（3）往吸附好量子点的的TiO2膜上旋涂一层PEDOT:PSS，用铂金电极夹在PEDOT:PSS上层组装成稀土硒化物量子点太阳能电池。通过稀土硒化物量子点合成、稀土硒化物量子点分离提纯和稀土硒化物量子点太阳能电池组装三个步骤制备出低成本、半高峰宽大的稀土硒化物量子点，满足高效太阳能电池制备工艺的要求。本文档来自技高网...

【技术保护点】
稀土硒化物量子点太阳能电池的制备，其特征是方法步骤如下： 稀土硒化物量子点有两种制备方法，分别为溶剂热法中的有机相合成和水相合成，分别如下：方法1：    （1）以稀土氧化物作为量子点制备稀土前驱体，以硒粉制备的三正辛基硒化膦作为硒前驱体，以1‑十八烯为稳定剂，油酸作为溶剂反应制得油溶性稀土硒化物量子点，丙酮促使量子点沉淀，离心分离提纯；    （2）硒源和稀土源以1.2:1的摩尔比反应制得量子点，此时量子点含有杂质未反应的硒源杂质，加入过量丙酮促使量子点沉淀离心分离得固体粉末，加入三氯甲烷溶解再加过量丙酮沉淀，反复两次得到纯净的稀土硒化物量子点粉末；    （3）将纯净的稀土硒化物量子点粉末重新分散到三氯甲烷中；（4）以多孔n型半导体TiO2纳米材料为光阳极，将提纯后的量子点和TiO2组装成电池；当太阳光照射光阳极时，附着在TiO2上的量子点的电子、空穴对发生分离，电子从价带跃迁至导带并注入TiO2的导带中经由FTO导电玻璃连接负载传递给铂金背电极，最后通过空穴传输层PESOT:PSS和电子复合形成电子‑空穴对完成一个循环；方法2：（1）以硒粉制得的硒氢化钠为硒前驱体，稀土氯化物溶液为稀土前驱体，L‑半胱氨酸为稳定剂，加入一定的三次蒸馏水反应，制得水溶性稀土硒化物量子点，加入过量乙醇促使量子点沉淀，离心分离，反复两次得纯净的稀土硒化物量子点；（2）将提纯后的稀土硒化物量子点重新分散到水中；（3）参考方法1中的（4）。...

【技术特征摘要】
1.稀土硒化物量子点太阳能电池的制备，其特征是方法步骤如下：
稀土硒化物量子点有两种制备方法，分别为溶剂热法中的有机相合成和水相合成，分别如下：
方法1：
（1）以稀土氧化物作为量子点制备稀土前驱体，以硒粉制备的三正辛基硒化膦作为硒前驱体，以1-十八烯为稳定剂，油酸作为溶剂反应制得油溶性稀土硒化物量子点，丙酮促使量子点沉淀，离心分离提纯；
（2）硒源和稀土源以1.2:1的摩尔比反应制得量子点，此时量子点含有杂质未反应的硒源杂质，加入过量丙酮促使量子点沉淀离心分离得固体粉末，加入三氯甲烷溶解再加过量丙酮沉淀，反复两次得到纯净的稀土硒化物量子点粉末；
（3）将纯净的稀土硒化物量子点粉末重新分散到三氯甲烷中；
（4）以多孔n型半导体TiO2纳米材料为光阳极，将提纯后的量子点和TiO2组装成电池；当太阳光照射光阳极时，附着在TiO2上的量子点的电子、空穴对发生分离，电子从价带跃迁至导带并注入TiO2的导带中经由FTO导电玻璃连接负载传递给铂金背电极，最后通过空穴传输层PESOT:PSS和电子复合形成电子-空穴对完成一个循环；
方法2：
（1）以硒粉制得的硒氢化钠为硒前驱体，稀土氯化物溶液为稀土前驱体，L-半胱氨酸为稳定剂，加入一定的三次蒸馏水反应，制得水溶性稀土硒化物量子点，加入过量乙醇促使量子点沉淀，离心分离，反复两次得纯净的稀土硒化物量子点；
（2）将提纯后的稀土硒化物量子点重新分散到水中；
（3）参考...

【专利技术属性】
技术研发人员：李清华，程园远，金肖，秦元成，
申请(专利权)人：南昌航空大学，
类型：发明
国别省市：江西;36