本发明专利技术公开了一种双粒径量子点共敏化太阳电池及其制备方法与应用，该太阳电池是由制备在氟锡氧化物导电玻璃上的氧化物纳米晶多孔膜、双粒径量子点光敏化剂、电解液和对电极组成。其中双粒径量子点共敏化剂是指在量子点敏化太阳电池中使用两种不同粒径的同种化学成分的量子点。与单粒径量子点敏化太阳电池相比，双粒径量子点共敏化太阳电池中的两种不同粒径的量子点分别吸收不同波长的太阳光，从而拓宽了电池对太阳光的吸收范围，大幅提高电池的光电转化效率。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种双粒径量子点共敏化太阳电池及其制备方法与应用，具体地讲，涉及一种由两种不同粒径的同种化学成分量子点共敏化的氧化物纳米晶太阳电池及其制备方法与应用，属于太阳电池
技术介绍
太阳能以其“取之不尽、用之不竭”且环境友好、适用性广泛等优点，最有可能成为人类在二十一世纪的理想能源之一。目前，人们利用太阳能的主要方式是制造太阳电池，将太阳能转化成电能加以利用。在种类繁多的太阳电池中，染料敏化太阳电池(Dye Sensitized Solar Cells,DSSCs)由于具有成本低廉、制备方便、光电转化效率高等优势，因而受到了各国研究人员的普遍关注。但是，目前在染料敏化太阳电池中广泛使用的光敏化剂为含钌的联吡啶络合物等有机染料。此类染料不但合成工艺复杂，而且其重要原料一钌为稀缺金属、价格昂贵，因此阻碍了相关电池的进一步发展。近年来人们研究发现,用量子点(Quantum Dots, QDs)替代有机染料作为光敏化剂不但可以很好地解决有机染料存在的诸多问题，而且量子点还表现出有机染料所不具备的一些优势。其中，为最为引人关注的一点为由于量子尺寸效应，量子点的能带结构随着其晶粒尺寸的变化而明显改变，即可以通过改变量子点的粒径来调节其对太阳光的吸收范围。这样就方便了人们将不同粒径的量子点复合敏化到太阳电池中，以拓宽电池对太阳光的吸收范围，显著提高电池的光电转化效率。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种双粒径量子点共敏化太阳电池及其制备方法与应用，即在量子点敏化太阳电池中使用两种不同粒径的同种化学成分量子点作为光敏化剂，其工作电极的微观结构示意图如图I所示。本专利技术的目的通过下述技术方案予以实现 一种双粒径量子点共敏化太阳电池，由氧化物纳米晶多孔膜、量子点光敏化剂、电解液和对电极组成。所述氧化物纳米晶多孔膜为制备在氟锡氧化物导电玻璃上的薄膜，其中氧化物的种类为氧化钛、氧化锌或者氧化锡。所述量子点光敏化剂包括两种不同粒径的同种化学成分量子点，其中量子点的化学成分为硫化镉或者硒化镉。所述电解液为硫化钠和单质硫的甲醇溶液，其中硫化钠的摩尔浓度为0. lmol/L,单质硫的摩尔浓度为0. 3mol/L。所述对电极为带有钼膜的氟锡氧化物导电玻璃。本专利技术进一步公开了一种制备双粒径量子点共敏化太阳电池的方法，按照下述步骤进行 (1)将Ig氧化物纳米晶粉末 、O.5g聚乙二醇、30ml去离子水共同研磨120min后得到氧化物纳米晶浆料；再把浆料涂覆于氟锡氧化物导电玻璃上，常温干燥12h后在空气中烧结得到氧化物纳米晶多孔薄膜；其中，烧结时间为30min，温度为450°C ； (2)将步骤(I)制备的氧化物纳米晶多孔膜依次交替浸入摩尔浓度为O.5mol/L的Cd2+前驱体溶液和摩尔浓度为O. 5mol/L的S2+前驱体溶液或者摩尔浓度为O. 5mol/L的Se2+前驱体溶液中各5遍,每次浸溃时间为IOmin,得到量子点修饰工作电极； (3)将步骤(2)制备的量子点修饰工作电极在一定气氛、一定温度下热处理一定时间，通过该热处理过程，原先生长在氧化物纳米晶表面的量子点发生再结晶过程，其粒径增大，从而得到大粒径量子点修饰工作电极； (4)将步骤(3)制备的大粒径量子点修饰工作电极依次交替浸入摩尔浓度为O.3mol/L的Cd2+前驱体溶液和摩尔浓度为O. 3mol/L的S2+前驱体溶液或者摩尔浓度O. 3mol/L的Se2+前驱体溶液中各5遍，每次浸溃时间为IOmin;通过此过程，于工作电极中又生长了小粒径的量子点，从而制备出双粒径量子点共敏化的工作电极； (5)将工作电极、电解液、对电极进行封装，最终制得双粒径量子点共敏化太阳电池。所述步骤(I)中，氧化物的种类为氧化钛、氧化锌或者氧化锡。所述步骤(2)中，Cd2+前驱体溶液的溶质为硝酸镉或者氯化镉，溶剂为水或者乙醇；s2+前驱体溶液的溶质为硫化钠或者硫化钾,溶剂为水或者乙醇；Se2+前驱体溶液的溶质为硒代硫酸钠，溶剂为水或者乙醇。所述步骤(3)中，工作电极在一定气氛、一定温度下热处理一定时间，其中气氛为氩气或者氮气，温度为200-400°C，时间为30-60min。所述步骤(4)中，Cd2+前驱体溶液的溶质为硝酸镉或者氯化镉，溶剂为水或者乙醇；s2+前驱体溶液的溶质为硫化钠或者硫化钾,溶剂为水或者乙醇；Se2+前驱体溶液的溶质为硒代硫酸钠，溶剂为水或者乙醇。本专利技术进一步公开了双粒径量子点共敏化太阳电池在光伏领域中的应用。实验结果表明在辐照度为IOOmW · cm-2的模拟太阳光下测试，各双粒径量子点共敏化太阳电池的效率均高于同等条件下制备的单粒径量子点敏化太阳电池的效率，说明其在新一代太阳电池领域具有较强的应用潜力。本专利技术公开的双粒径量子点共敏化太阳电池与现有技术相比所具有的积极效果在于在量子点敏化太阳电池中使用了两种不同粒径的同种化学成分量子点作为光敏化齐U。与单粒径量子点敏化太阳电池相比，双粒径量子点共敏化太阳电池中的两种不同粒径的量子点分别吸收不同波长的太阳光，从而拓宽了电池对太阳光的吸收范围，大幅提高了电池的光电转化效率。附图说明图I是双粒径量子点共敏化太阳电池工作电极微观结构示意图；其中I :导电玻璃；2 :氧化物纳米晶；3 :大粒径量子点；4 :小粒径量子点。具体实施方式下面结合具体实施例进一步说明本专利技术的技术方案。参考实施例 本专利技术实施例中用来测量量子点的平均粒径的方法按照文献Yu ff. William,Guo Wenzhuo, Peng Xiaogang. Experimental Determination of the ExtinctionCoefficient of CdTej CdSej and CdS Nanocrystals, Chem. Mater. 2003， 15，2854-2860.中的记载进行。具体过程为将工作电极放入紫外-可见分光光度计中测量其紫外-可见吸收光谱。通过吸收光谱可得到量子点的第一激子吸收峰，再结合上述文献中提供的公式①、②可计算得到工作电极中量子点的平均粒径。公式①、②的具体形式如下硫化镉量子点D= (-6. 6521 X IO-8) A 3+(1. 9557 X IO-4) A 2-(9. 2352 X IO-2) A+ (13. 29)① 硒化镉量子点D= (I. 6122X IO-9)入 4_ (2. 6575X 1(T6)入 3+(I. 6242X 1(T3)入[(0.4277) A +(41. 57)② 其中，D为量子点的粒径(nm)，A为第一激子吸收峰峰位(nm)。另外，需要特别加以说明的是本专利技术所用到的各种试剂、气体均有市售。制备实施例 实施例I (I)将Ig氧化钛纳米晶粉末、0. 5g聚乙二醇、30ml去离子水共同研磨120min后得到氧化钛纳米晶浆料。再把浆料涂覆于氟锡氧化物导电玻璃上，常温干燥12h后在空气中烧结得到氧化钛纳米晶多孔薄膜。其中，烧结时间为30min，温度为450°C。(2)将步骤(I)制备的氧化钛纳米晶多孔膜依次交替浸入摩尔浓度为0. 5mol/L的硝酸镉水溶液和摩尔浓度为0. 5mol/L的硫化钠水溶液中各5遍，每次浸溃时间为lOmin，得到硫化镉本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王立群，李德军，吴景波，徐墨瑄，王琳，刘思鹏，
申请(专利权)人：天津师范大学，
类型：发明
国别省市：
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