一种染料敏化太阳能电池NiO光阴极的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种染料敏化太阳能电池NiO光阴极的制备方法，其在NiO水溶胶中添加乙基纤维素或羧甲基纤维素等有机物，利用刮涂、丝网印刷技术制备厚度300nm－1.6μm的NiO纳米晶多孔薄膜，然后利用CdSe1-xSx量子点敏化该NiO薄膜得到染料敏化太阳能电池NiO光阴极。通过调控Se、S的比例来控制光阴极吸收太阳光的波长范围，从而制备不同光吸收波段的光阴极。制备所得光阴极经优化后，光电转换效率可达1.02%。

【技术实现步骤摘要】
一种染料敏化太阳能电池NiO光阴极的制备方法
本专利技术属于染料敏化太阳能电池光电极制备
，具体涉及一种染料敏化太阳能电池NiO光阴极的制备方法。
技术介绍
自2000年Lindquist等人提出p-n型叠层电池，p-型电池的研究即成为热点。2008年HagfeldtandSun等人第一次提出p-型染料敏化电池，染料作为敏化剂成功敏化氧化镍作为光阴极。2010年该课题组提出氧化镍作为光阴极材料，有机物作为敏化剂，制备的染料敏化太阳能电池的短路光电流为5.48mA·cm-2。与此同时，BauerleandBach等人采用PMI-6T-TAPdye制备的短路电池光电流为7.0mA·cm-2。目前所知，ChengYibing课题组采用CH3NH3PbI3/NiO作为光阴极，短路电池光电流达到了9.47mA·cm-2。虽然该类型染料敏化太阳能电池的短路光电流已经有大幅度的提高，但是成效并不是非常明显，并且有机染料造价高、污染严重。
技术实现思路
本专利技术目的在于克服现有技术缺陷，提供一种染料敏化太阳能电池NiO光阴极的制备方法。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种染料敏化太阳能电池NiO光阴极的制备方法，其包括如下步骤：1）在NiO水溶胶中添加乙基纤维素或羧甲基纤维素，混匀后刮涂或丝网印刷在透明导电玻璃衬底上，自然晾干，然后于350－500℃下煅烧30－60min（用以除去残留的有机物）获得厚度300nm－1.6μm的NiO纳米晶多孔薄膜；其中以NiO计，乙基纤维素或羧甲基纤维素的添加量为NiO重量的3－40%；2）将分散在甲苯中的CdSe1-xSx量子点电沉积在NiO纳米晶多孔薄膜上（沉积电压为50V）即得，其中0＜x＜1。具体的，步骤2）所述CdSe1-xSx量子点采用热注入法制备获得，具体为：将0.386mmol氧化镉加入到1.63mmol油酸与10ml十八烯的混合物中获得体系一，于80℃通入惰性气体1h以去除空气，然后加热（约需180－300℃）至体系一变澄清；将硒粉、硫粉的油胺溶液混合后，注入到变澄清的体系一中反应30－180s，加入正丁醇使量子点沉淀，洗涤沉淀即得。本专利技术的理论依据为：在NiO水溶胶（可采用本领域常规技术制备获得）中添加乙基纤维素或羧甲基纤维素等有机高分子添加剂，增加其成膜性能，以制备无裂纹的NiO纳米晶多孔薄膜。通过控制Se元素在Se+S中的比例，调控CdSe1-xSx量子点的吸光范围和能级结构，以提高NiO光阴极的光吸收效率及光生电子的收集效率，从而制备出高效的染料敏化太阳能电池NiO光阴极。和现有技术相比，本专利技术的有益效果：本专利技术利用CdSe1-xSx量子点敏化NiO纳米晶多孔薄膜，制备获得高效的染料敏化太阳能电池NiO光阴极，其具有较高的短路光电流，可以实现与染料敏化太阳能电池光阳极的匹配，满足制备高效p-n型叠层电池的需求。此外，通过调控Se、S的比例来控制光阴极吸收太阳光的波长范围，从而制备不同光吸收波段的光阴极。制备所得光阴极经优化后，光电转换效率为1.02%。附图说明图1为采用未添加乙基纤维素的NiO水溶胶制备的NiO薄膜SEM图；图2为采用添加乙基纤维素的NiO水溶胶制备的NiO薄膜SEM图，图中（a）为表面；（b）为横截面；图3为不同Se与Se+S比例的量子点溶液的吸收光谱图。具体实施方式以下结合实施例对本专利技术的技术方案作进一步地详细介绍，但本专利技术的保护范围并不局限于此。下述实施例中，NiO水溶胶的制备以氯化镍为原料，具体可参照文献（SynthesesofNiOnanoporousfilmsusingnonionictriblockco-polymertemplatesandtheirapplicationtophoto-cathodesofp-typedye-sensitizedsolarcells，SeiichiSumikura,ShogoMori,ShinyaShimizu,HisanaoUsami,EijiSuzuki，JournalofPhotochemistryandPhotobiologyA:Chemistry,2008,199:1-7）进行。实施例1NiO纳米晶多孔薄膜的制备：将NiO水溶胶刮涂在透明导电玻璃衬底上，自然晾干，然后于400℃下煅烧30min获得厚度约为400nm的NiO纳米晶多孔薄膜，其SEM照片见图1。由图1可以看出：所制备的NiO薄膜由NiO纳米颗粒组成，但薄膜中存在大量裂纹，甚至导致NiO薄膜从导电玻璃衬底上脱落。实施例2NiO纳米晶多孔薄膜的制备：在NiO水溶胶中添加乙基纤维素，混匀后刮涂在透明导电玻璃衬底上，自然晾干，然后于400℃下煅烧30min获得厚度约为1μm的NiO纳米晶多孔薄膜；其中以NiO计，乙基纤维素的添加量为NiO重量的30%；其SEM照片见图2。由图2可以看出：添加有机高分子添加剂乙基纤维素后，制备的NiO薄膜颗粒大小均一，薄膜平整无裂纹，NiO薄膜与导电玻璃衬底结合牢固。将实施例2所得NiO纳米晶多孔薄膜用于下述实施例3至7所述染料敏化太阳能电池NiO光阴极的制备。下述实施例3至7中的CdSe1-xSx量子点经下述方法获得：将0.386mmol氧化镉加入到1.63mmol油酸与10ml十八烯的混合物中获得体系一，于80℃通入惰性气体1h以去除空气，然后加热300℃至体系一变澄清；将适量硒粉的油胺溶液与硫粉的油胺溶液混合后，注入到变澄清的体系一中反应60s，加入正丁醇使量子点沉淀，洗涤沉淀即得。CdSe量子点、CdS量子点可参照制备。实施例3将分散在甲苯中的CdSe量子点电沉积在NiO纳米晶多孔薄膜上（沉积电压为50V）获得染料敏化太阳能电池NiO光阴极。利用0.99876g硫酸铜与0.15224g硫脲分别溶解在40ml去离子水中，采用热反应法在100℃下加热8h制备的硫化铜电极作为对电极；由0.8g硫、6g一水合硫化钠、0.1g氢氧化钠溶解于25ml水中制备的水溶液作为电解质，在100mW/cm2模拟太阳光光强下，进行光电测量。实施例4将分散在甲苯中的CdSe1-xSx量子点电沉积在NiO纳米晶多孔薄膜上（沉积电压为50V），获得染料敏化太阳能电池NiO光阴极，其中Cd:Se:(Se+S)为3.5:1:3.5。利用0.99876g硫酸铜与0.15224g硫脲分别溶解在40ml去离子水中，采用热反应法在100℃下加热8h制备的硫化铜电极作为对电极；由0.8g硫、6g一水合硫化钠、0.1g氢氧化钠溶解于25ml水中制备的水溶液作为电解质，在100mW/cm2模拟太阳光光强下，进行光电测量。实施例5将分散在甲苯中的CdSe1-xSx量子点电沉积在NiO纳米晶多孔薄膜上（沉积电压为50V），获得染料敏化太阳能电池NiO光阴极，其中Cd:Se:(Se+S)为6:1:6。利用0.99876g硫酸铜与0.15224g硫脲分别溶解在40ml去离子水中，采用热反应法在100℃下加热8h制备的硫化铜电极作为对电极；由0.8g硫、6g一水合硫化钠、0.1g氢氧化钠溶解于25ml水中制备的水溶液作为电解质，在100mW/cm2模拟太阳光光强下，进行光电测量。实施例6将分散在甲苯中的CdSe1-xSx量子点电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种染料敏化太阳能电池NiO光阴极的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1）在NiO水溶胶中添加乙基纤维素或羧甲基纤维素，混匀后刮涂或丝网印刷在透明导电玻璃衬底上，自然晾干，然后于350－500℃下煅烧30－60min获得厚度300nm－1.6μm的NiO纳米晶多孔薄膜；以NiO计，乙基纤维素或羧甲基纤维素的添加量为NiO重量的3－40%；2）将分散在甲苯中的CdSe1‑xSx量子点电沉积在NiO纳米晶多孔薄膜上即得，其中0＜x＜1。

【技术特征摘要】
1.一种染料敏化太阳能电池NiO光阴极的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1）在NiO水溶胶中添加乙基纤维素或羧甲基纤维素，混匀后刮涂或丝网印刷在透明导电玻璃衬底上，自然晾干，然后于350－500℃下煅烧30－60min获得厚度300nm－1.6μm的NiO纳米晶多孔薄膜；以NiO计，乙基纤维素或羧甲基纤维素的添加量为NiO重量的3－40%；2）将分散在甲苯中的CdSe1-xSx...

【专利技术属性】
技术研发人员：李胜军，陈增，孔文平，李永军，张伟风，
申请(专利权)人：河南大学，
类型：发明
国别省市：河南;41