一种Bi2S3量子点敏化TiO2的太阳能电池的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种Bi2S3量子点敏化TiO2太阳能电池的制备方法，该方法具体步骤如下：（1）刀刮法在FTO玻璃上刮涂Ti02浆料；（2）退火得到Ti02多孔薄膜；（3）在Ti02多孔薄膜上，用连续离子层反应与吸收制备Bi2S3量子点，形成电极；（4）在所述电极中部滴上电解液，然后利用溶液扩散作用让电解液扩散到整个电极工作部分；（5）将表面镀了铂的FTO玻璃扣在工作电极上，镀铂金的一面朝向工作电极，用夹子将工作电极与铂金对电极夹住，即可制成太阳能电池。本发明专利技术公开了制备Bi2S3量子点的制备方法以及上述Bi2S3量子点作为敏化材料应用于量子点敏化太阳能电池。本发明专利技术的Bi2S3量子点敏化TiO2太阳能电池采用无毒的Bi2S3量子点作为敏化剂来制备量子点敏化太阳能电池。

【技术实现步骤摘要】
—种Bi2S3量子点敏化TiO2的太阳能电池的制备方法
本专利技术属于太阳能电池
，具体涉及一种量子点的制备，及制备的量子点应用于量子点敏化太阳能电池。
技术介绍
太阳能的有效利用，是解决能源危机和全球气候变暖两大问题的迫切要求。量子点敏化太阳能电池是作为新型的太阳能电池是以量子点敏化光阳极而实现光电转化，其理论上效率可达44%。量子点敏化太阳能电池相比于染料敏化太阳能电池主要具有以下优点:量子点尺度可调节；较大的消光系数和固有偶极；量子产额可大于I等。在量子点敏化太阳能电池中，目前作为敏化剂研究最多的主要有Cd系(CdS、CdSe、CdTe)、Pb系(PbS、PbSe、PbTe)、In 系(InP、InAs)等窄带半导体。但 Cd，Pb 均是有毒物质，对环境不友好，而In价格昂贵。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种Bi2S3量子点敏化太阳能电池的制备方法，通过在TiO2多空薄膜上利用连续离子层反应与吸收的方法，制备出Bi2S3量子点，从而能够制备出Bi2S3量子点应用于量子点敏化太阳能电池，Bi2S3量子点敏化剂不是有毒物质，在实际应用中会能够有效避免破坏环境。为实现本专利技术的目的所采用的技术方案如下:一种Bi2S3量子点敏化太阳能电池的制备方法，用于制备以Bi2S3量子点作为敏化剂的量子点敏化太阳能电池，该方法具体步骤如下:(I)在FTO玻璃上刮涂TiO2浆料；(2)退火得到TiO2多孔薄膜；(3)在得到的TiO2多孔薄膜上，用连续离子层反应与吸收制备Bi2S3量子点，形成电极；(4)在所述电极中部滴上电解液，然后利用溶液扩散作用让电解液扩散到整个电极工作部分；(5)将表面镀了钼的FTO玻璃扣在工作电极上，镀钼金的一面朝向工作电极，用夹子将工作电极与钼金对电极夹住，即可制成太阳能电池。本专利技术中，电解液优先是通过12克的Na2S.9H20置于50mL的去离子水中溶解形成；本专利技术中，优先用塑料薄膜把片子的空白地方封住，防止短路；本专利技术中，优先用毛细滴管在电极中间滴上一滴事先配制好的电解液，然后利用溶液扩散作用让电解液扩散到整个电极工作部分；本专利技术还公开了一种Bi2S3量子点敏化太阳能电池。对制备的样品，通过X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、光电子能谱仪(EDS)等表征方法，证明在TiO2多孔薄膜上原位生长了 Bi2S3量子点。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果:(I)采用无毒材料Bi2S3制备量子点敏化太阳能电池，避免了重金属对环境的破坏；(2)采用连续离子沉积和反应制备量子点，可以有效的控制量子点的尺度，从而获得合理的器件优化参量。【附图说明】图1为TiO2衬底上生长了 Bi2S3后的TEM图。图2为TiO2衬底上生长了 Bi2S3后的EDS图。图3中，1102衬底上生长了不同沉积Bi2S3次数的紫外-可见光吸收。从图中可以看出:(I)随着沉积次数的增加，样品吸收光谱发生红现象，这是由于Bi2S3颗粒大小随着沉积次数的增加逐渐变大。(2)样品对可见光的吸收量不断的增加，这是由于衬底上Bi2S3沉积量的增加。图4中，不同沉积Bi2S3次数下的电池电流-电压曲线图。从图中可以看出单纯的TiO2阳极在模拟太阳光的光照情况下，产生的短路电流和开路电压都很小，随着Bi2S3在TiO2上面沉积次数的增加，电池产生的短路电流先增大，但是到沉积7次以后反而减小。在模拟太阳光的光照下产生的开路电压几乎一样。图5(a)电压-时间，图(b)电子寿命。从图5(a)可以看出，在光照的情况下，在TiO2薄膜上沉积3次、5次、7次Bi2S3所制备的电池的开路电压基本一致，大约为(300±40mV。但关掉光源以后，电压的减少趋势明显不一样。从图5 (b)可以看出，在TiO2上沉积Bi2S3次数为3次的时候，开路电压从光照时候的0.25V降低到关闭光源以后电压达到0.1V所用的时间最长，TiO2上沉积Bi2S3次数的增加，开路电压从光照时候的0.25V降低到关闭光源以后电压达到0.1V所用的时间不断的减短，说明电子寿命在减短，即电子空穴复合得越来越厉害。这是由于随着Bi2S3沉积次数的增加，增加的电子-空穴的复合中心。图6中，电流-时间测试(1-t)。从图中可以看出:1、在光照的情况下，无论是基于TiO2还是基于在TiO2生长了 5次Bi2S3量子点组装的太阳能电池的电流密度强度马上增大，说明光照，产生了光生电流。2、基于在TiO2生长了 5次Bi2S3量子点组装的太阳能电池比单纯基于TiO2组装的太阳能电池在光照情况下，产生的电流密度大的多，几乎是后者的5倍。进一步证明了 Bi2S3可以作为光敏剂来敏化1102光阳极。而且敏化的效果很好，因此Bi2S3是一种很有前景的光敏化材料。【具体实施方式】为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本实施例中的一种Bi2S3量子点敏化太阳能电池的制备方法，制备工艺步骤如下:( I)在FTO玻璃上刮涂TiO2浆料。首先用玻璃刀将导电玻璃切成一定大小的片子，分别用用丙酮超声、乙醇、去离子水超声清洗干净，然后用氮气吹干待用。其次，在干净的FTO玻璃上的两端贴上一层透明胶带(胶带厚度本实施例中优选大约为50um)，将调制好了的TiO2浆料(TiO2颗粒直径大约为20nm)用医用手术刀刮涂在FTO玻璃上，撕下FTO边缘的透明胶带。另外，本专利技术的该步骤中，对于FTO玻璃的处理也不限于上述实施例中的具体过程，例如切割大小、清洗时间和清洗液的选择等都可以根据实际需要进行具体选择。(2)退火得到TiO2多孔薄膜.将TiO2光阳极首先在空气中自然干燥一段时间，然后将其放入马弗炉中，缓慢的升温到450°C (缓慢升温可以防止由于升温过快导致TiO2多孔薄膜出现太多的裂纹而影响其效率)，然后在450°C下保温半个小时，最后将温度自然降至室温，待用。本专利技术的该步骤中，对于TiO2光阳极处理也不限于上述实施例中的具体过程，例如加热温度并不限于450°C，可以在450~500°C范围内都是可行的，保温时间和措施也可以根据具体需要进行选择，例如退火时间可以为半小时左右。(3)在TiO2多孔薄膜上，用连续离子层反应与吸收制备Bi2S3量子点。配制相同浓度的硝酸铋和乙二胺四乙酸混合水溶液，记为溶液A ;配制相同浓度的硫代乙酰胺水溶液并且用氨水将溶液的PH值调11，记为溶液B ;将TiO2插入溶液A中lmin，取出，用去离子水冲洗，将TiO2衬底插入溶液B中lmin，然后用去离子水冲洗，整个过程为一次沉积。一般来说，沉积次数根据电池的光电转化效率来确定，本实施例中优选沉积5次，即在沉积次数5次后即可以满·足Bi2S3量子点充分的包覆TiO2，更多的沉积次数虽然可以继续增加Bi2S3量子点的含量，进而增加电池对可见光的吸收能力，但同时电子-空穴对的复合也越来越严重，这样反而降低了电池的光电转化效率。但不专利技术的方法中并不限定于此，可根据具体需要确定沉积次数。另外，所述进行沉积所用的溶液的配置，也并不限于本实施例中的种类和含量，例如溶本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种Bi2S3量子点敏化太阳能电池的制备方法，用于制备以Bi2S3量子点作为敏化剂的量子点敏化太阳能电池，该方法具体步骤如下：（1）在FTO玻璃上刮涂Ti02浆料；（2）退火得到Ti02多孔薄膜；（3）在得到的Ti02多孔薄膜上，用连续离子层反应与吸收制备Bi2S3量子点，形成电极；（4）在所述电极中部滴上电解液，然后利用溶液扩散作用让电解液扩散到整个电极工作部分；(5)将表面镀了铂的FTO玻璃扣在工作电极上，镀铂金的一面朝向工作电极，用夹子将工作电极与铂金对电极夹住，即可制成太阳能电池。

【技术特征摘要】
1.一种Bi2S3量子点敏化太阳能电池的制备方法，用于制备以Bi2S3量子点作为敏化剂的量子点敏化太阳能电池，该方法具体步骤如下: (1)在FTO玻璃上刮涂TiO2浆料； (2)退火得到1102多孔薄膜； (3)在得到的TiO2多孔薄膜上，用连续离子层反应与吸收制备Bi2S3量子点，形成电极； (4)在所述电极中部滴上电解液，然后利用溶液扩散作用让电解液扩散到整个电极工作部分； (5)将表面镀了钼的FTO玻璃扣在工作电极上，镀钼金的一面朝向工作电极，用夹子将工作电极与钼金对电极夹住，即可制成太阳能电池。2.根据权利要求1所述的一种Bi2S3量子点敏化太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中的退火具体为: 将器件...

【专利技术属性】
技术研发人员：高义华，楚亮，张军，向法午，张翔晖，苏俊，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：