The invention discloses a preparation method of quantum dot sensitized nanocrystalline ZnO thin film solar cell, first prepared by hydrothermal method on the column of ZnO nanorod thin film structure, and then through the chemical reaction to prepare ZnO/CdS core-shell structure, controlling the band through the growth process optimization of CdTe quantum dots, and realize the high efficiency adsorption quantum CdTe the ZnO/CdS core-shell photoelectrode surface, with gradient with photoelectric gap heterojunction electrode. Finally, using Pt electrode as counter electrode in the photoelectrode and oxidation of added between the electrodes form the battery electrolyte reduction. The invention has the advantages of rich material sources, improved adsorption rate of the quantum dots on the surface, and reduced carrier composition at the interface, etc., and can effectively improve the efficiency of sensitized ZnO nano film solar cells.
【技术实现步骤摘要】
一种量子点敏化纳米ZnO薄膜太阳电池的制备方法
本专利技术属于光电材料与器件
,具体涉及利用量子点敏化梯度带隙异质结提高纳米ZnO薄膜太阳电池的方法。
技术介绍
随着对能源需求的不断增加,可再生能源尤其是太阳能越来越受到人们的重视,光伏应用作为太阳能利用的重要途径一直是研究的热点。如何实现高性能、低成本太阳能电池的设计与制备是太阳能大规模利用的关键所在。根据制备太阳能电池所用材料的不同,太阳能电池可分为:硅太阳能电池、无机化合物半导体太阳能电池、敏化纳米晶太阳能电池、有机化合物太阳能电池、塑料太阳能电池五类。敏化纳米晶薄膜太阳电池是由一种通过在可见光区具有较强光吸收性能的有机或窄禁带无机半导体材料(敏化剂)吸收太阳光的光子能量后,将光生电荷转移到另一种宽禁带半导体材料,从而实现太阳能光电转换的太阳能电池系统。该类电池较之有机类太阳能电池具有高得多的光电转换效率(为有机太阳能电池的2倍以上)、较之硅系太阳能电池则具有低得多的材料和制造成本(只为硅系太阳能电池的十分之一)、较之多元无机化合物电池还免去了可能出现环境污染的风险,被认为是具有巨大应用前景的一种新型太阳能电池。目前,染料敏化太阳能电池已经发展到向产业化过渡的阶段,在现有技术的基础下,进一步降低成本、提高效率和稳定性,将推进工业化的进程。染料敏化太阳能电池的进一步发展需要高效的光电极以及廉价、稳定的全光谱染料的设计和开发。而且,目前量子点敏化太阳能电池中量子点在纳米结构光电极上有效加载困难而导致吸光率低的缺点。
技术实现思路
本专利技术的目的是通过化学反应的方法有效提高量子点在光电极表面的吸附,并通 ...
【技术保护点】
一种量子点敏化纳米ZnO薄膜太阳电池的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:(1)ZnO纳米棒阵列的制备:在透明衬底表面通过热解涂覆乙酸锌的乙醇溶液形成ZnO籽晶层,再利用化学沉积技术在涂有ZnO籽晶层的透明衬底表面形成ZnO纳米棒阵列;(2)ZnO/ZnS核壳结构的制备:将形成了阵列ZnO纳米棒序列的衬底置于20‑120mmol/L的含硫化合物溶液中,在70‑90℃水浴中反应2‑3h后,制备得到具有ZnO/ZnS核壳结构的衬底;(3)ZnO/CdS核壳结构的制备:将具有ZnO/ZnS核壳结构的衬底置于氯化镉溶液中反应,反应时间为0‑3h,转化形成具有ZnO/CdS核壳结构的衬底;(4)CdTe量子点的制备:将镉离子的可溶性盐、碲离子的可溶性盐和稳定剂进行升温回流,制备得到CdTe量子点;(5)将制备得到的CdTe量子点沉积在具有ZnO/CdS核壳结构的衬底上来制备具有梯度带隙异质结的光电极;(6)采用Pt电极作为对电极,在对电极和步骤(5)制备得到的光电极之间加入氧化‑还原电解质形成量子点敏化的纳米ZnO薄膜太阳电池。
【技术特征摘要】
1.一种量子点敏化纳米ZnO薄膜太阳电池的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:(1)ZnO纳米棒阵列的制备:在透明衬底表面通过热解涂覆乙酸锌的乙醇溶液形成ZnO籽晶层,再利用化学沉积技术在涂有ZnO籽晶层的透明衬底表面形成ZnO纳米棒阵列;(2)ZnO/ZnS核壳结构的制备:将形成了阵列ZnO纳米棒序列的衬底置于20-120mmol/L的含硫化合物溶液中,在70-90℃水浴中反应2-3h后,制备得到具有ZnO/ZnS核壳结构的衬底;(3)ZnO/CdS核壳结构的制备:将具有ZnO/ZnS核壳结构的衬底置于氯化镉溶液中反应,反应时间为0-3h,转化形成具有ZnO/CdS核壳结构的衬底;(4)CdTe量子点的制备:将镉离子的可溶性盐、碲离子的可溶性盐和稳定剂进行升温回流,制备得到CdTe量子点;(5)将制备得到的CdTe量子点沉积在具有ZnO/CdS核壳结构的衬底上来制备具有梯度带隙异质结的光电极;(6)采用Pt电极作为对电极,在对电极和步骤(5)制备得到的光电极之间加入氧化-还原电解质形成量子点敏化的纳米ZnO薄膜太阳电池。2.根据权利要求1所述的量子点敏化纳米ZnO薄膜太阳电池的制备方法,其特征在于,步骤(1)中将乙酸锌的乙醇溶液滴在透明衬底表面,并抹匀涂覆在整块透明衬底上,待透明衬底晾干后,将透明衬底放入管式炉中,在200-400℃下加热分解,时间为10-50min,即获得ZnO籽晶层。3.根据权利要求1所述的量子点敏化纳米ZnO薄膜太阳电池的制备方法,其特征在于,步骤(1)中化学沉积技术包括将ZnO籽晶层置于等摩尔浓度的六水合硝酸锌和六次甲基四胺的反应液中进行反应,其中所述摩尔浓度为2-50mmol/L,反应时间为30min-6h,反应温度为60-95...
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