一种量子点敏化太阳能电池对电极的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及化学太阳能电池新材料领域，尤其是涉及量子点敏化太阳能电池对电极的制备方法。
【背景技术】
[0002]量子点敏化太阳能电池是一种新型化学太阳能电池，以无机半导体化合物量子点材料为敏化剂，工作原理与染料敏化太阳能电池相似。具有低成本、制备工艺简单及环境友好等特点，因此具有良好的应用前景，有望替代现有高成本太阳能电池。
[0003]对电极是量子点敏化太阳能电池的关键组成部分，对电解质中氧化还原电对如硫离子/硫氧化还原电对的氧化还原循环过程起催化作用。量子点敏化太阳能电池对电极性能的优劣主要由对电极材料的形貌、比表面积、导电性能等决定。目前广泛使用的硫化亚铜对电极是将铜金属箔片浸泡在含硫离子/硫氧化还原电对的电解质中直接生成。该类对电极由于铜在电解质中会被持续腐蚀，所生成的硫化亚铜层厚度不断增大，导电性能下降，导致量子点敏化太阳能电池的光电性能和长期稳定性也随之下降。另一常用的硫化亚铜-石墨烯复合对电极存在催化材料与导电基体结合不牢固，接触电阻过大，稳定性差等问题。
[0004]因此，用简单方法制备一类稳定、高效的对电极是量子点敏化太阳能电池走向实用化的关键技术。金和铜系硫族化合物材料可用于制备高效量子点敏化太阳能电池对电极，量子点尺度的金和铜系硫族化合物材料由于具有更高的比表面积，其催化活性将进一步提高;将金与铜系硫族化合物量子点复合形成的量子点复合材料或团聚体可使这些量子点材料更加稳定，同时减少金用量可降低制备成本。
[0005]有鉴于此，发明人在经过一系列的研究和试验的基础上，开发出一种量子点敏化太阳能电池对电极的新型制备方法，本案由此产生。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于提供一种量子点敏化太阳能电池对电极的制备方法，其方法简单，且可为高效、稳定的量子点敏化太阳能电池的制备提供优异的对电极材料。
[0007]为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案:
[0008]—种量子点敏化太阳能电池对电极的制备方法，制备步骤如下:
[0009]第一步，将市售均含油酸或油胺稳定剂的金量子点和铜系硫族化合物量子点分别分散到同一种非极性溶剂中，分别得到浓度为0.01-0.lmol/L的金量子点油相溶液和浓度为0.01-0.1mo I /L的铜系硫族化合物量子点油相溶液;其中，所述各量子点的粒径均为I _7nm，所述非极性溶剂为环己烷、甲苯、庚烷或辛烷；
[0010]第二步，将上述金量子点油相溶液与上述铜系硫族化合物量子点油相溶液按体积比1/9-9/1混合均匀，往得到的量子点油相混合液中加入相当于量子点油相混合液2-10倍体积的极性憎溶剂使金量子点和铜系硫族化合物量子点共沉淀出来，形成金-铜系硫族化合物量子点团聚体;其中，极性憎溶剂为乙醇、甲醇或丙酮；
[0011]第三步，将此金-铜系硫族化合物量子点团聚体涂敷到导电玻璃上，经氩气气氛下400-500°C热处理30-60min形成量子点敏化太阳能电池对电极。
[0012]上述第一步中，所述铜系硫族化合物量子点采用硫化铜量子点、硫化亚铜量子点、砸化铜量子点、砸化亚铜量子点、碲化铜量子点、碲化亚铜量子点中的一种。
[0013 ]所述铜系硫族化合物量子点采用硫化铜量子点或砸化铜量子点。
[0014]上述第二步中，作为对电极催化材料的所述金-铜系硫族化合物量子点团聚体是从混合均匀的所述量子点油相混合液中添加所述极性憎溶剂后共沉淀出来，形成粒径为
0.1-0.5μηι的球形结构团聚体。
[0015]采用上述方案后，本发明制备方法简单，对电极由高催化活性的金量子点和铜系硫族化合物量子点材料的油相分散液与极性憎溶剂作用共沉淀析出，形成具有球形结构的亚微米团聚体。这种亚微米团聚体可使量子点催化材料更加稳定，同时保持了量子点催化材料的高催化活性，为高效、稳定的量子点敏化太阳能电池的制备提供优异的对电极材料。本发明所制备的对电极材料具有稳定的电化学性能，经过1000次以上循环伏安测试，曲线形状不变;经过1000次以上阻抗测试，交换电阻值不超过5 Ω.cm2。本发明所制备的对电极所组装的量子点敏化太阳能电池，光电性能和稳定性超过传统金对电极和氧化亚铜对电极，有效解决了传统量子点敏化太阳能电池对电极不稳定的问题。此外，本发明产品也可用于制备钙钛矿太阳能电池。
【具体实施方式】
[0016]实施例一:
[0017]本发明一种量子点敏化太阳能电池对电极的制备方法，制备步骤如下:
[0018]第一步，将市售均含油酸稳定剂且粒径均为5nm的金量子点和硫化亚铜量子点分别分散到10mL庚烷中，分别形成浓度为0.05mol/L的金量子点庚烷溶液和浓度为0.05mol/L的硫化亚铜量子点庚烷溶液；
[0019]第二步，将30mL浓度为0.05mol/L的金量子点庚烷溶液与70mL浓度为0.05mol/L的硫化亚铜量子点庚烧溶液混合均匀，往得到的量子点油相混合液中加入200mL丙酮，使金量子点和硫化亚铜量子点共沉淀出来，形成粒径为0.1-0.5μηι球形金-硫化亚铜量子点团聚体；
[0020]第三步，将0.1g金-硫化亚铜量子点团聚体分散在1mL乙醇中，得到金-硫化亚铜量子点团聚体的乙醇分散液，将此乙醇分散液涂敷到导电玻璃上，经450 °C氩气气氛下热处理30min形成厚度为0.5-5μπι的量子点敏化太阳能电池对电极。
[0021 ]本实施例所制备的金-硫化亚铜量子点团聚体对电极材料经过1000次以上循环伏安测试，曲线形状不变;经过1000次以上阻抗测试，交换电阻数值保持在4.3Ω.Cm2。将该对电极与CdS/CdSe共敏化二氧化钛纳米晶光阳极及2mol/L他25和211101/1 S的水溶液电解质组装量子点敏化太阳能电池，在AM 1.5和10mW.cm—2标准太阳光下测试，光电转换效率达到5.4%。
[0022]实施例二:
[0023]本发明一种量子点敏化太阳能电池对电极的制备方法，制备步骤如下:
[0024]第一步，将市售均含油胺稳定剂且粒径为3nm的金量子点和砸化铜量子点分别分散到10mL甲苯中，分别形成浓度为0.05mol/L的金量子点甲苯溶液和浓度为0.05mol/L的砸化铜量子点甲苯溶液；
[0025]第二步，将40mL浓度为0.05mol/L的金量子点甲苯溶液与60mL浓度为0.05mol/L的砸化铜量子点甲苯溶液混合均匀，往得到的量子点油相混合液中加入200mL甲醇，使金量子点和砸化铜量子点共沉淀出来，形成粒径为0.1-0.5μηι球形金-砸化铜量子点团聚体；
[0026]第三步，将0.1g金-砸化铜量子点团聚体分散在1mL乙醇中，得到金-砸化铜量子点团聚体的乙醇分散液，将此乙醇分散液涂敷到导电玻璃上，经350 °C氩气气氛下热处理45min形成厚度为0.5-5μπι的量子点敏化太阳能电池对电极。
[0027]本实施例所制备的金-砸化铜量子点团聚体对电极材料经过1000次以上循环伏安测试，曲线形状不变;经过1000次以上阻抗测试，交换电阻数值保持在3.7Ω.cm2。将该对电极与CdS/CdSe共敏化二氧化钛纳米晶光阳极及2mol/L他23和211101/1 S的水溶液电解质组装量子点敏化太阳能电池，在AM 1.5和10mW.cm—2标准太阳光下测试，光电转换效率达到5.5% 0
[0028]实施例三:
[0029]本发明一种量子点敏化太阳能电池对电极的制备方法，制备步骤如下:
[0030]第一步，将市售含油胺稳定剂的粒径为6nm的金量子点和含油酸稳定剂的粒径为4nm的碲化铜量子点分别分散到10mL环己烷中，分别形成浓度为0.05mol/L的金量子点环己烷溶液和浓度为0.05mol/L的碲化铜量子点环己烷溶液；
[0031 ] 第二步，将60mL浓度为0.05mol/L的金量子点环己烷溶液与40mL浓度为0.05mol/L的碲化铜量子点环己烷溶液混合均匀，往得到的量子点油相混合液中加入200mL乙醇，使金量子点和碲化铜量子点共沉淀出来，形成粒径为0.1-0.5μηι球形金-碲化铜量子点团聚体；
[0032]第三步，将0.1g金-碲化铜量子点团聚体分散在1mL乙醇中，得到金-碲化铜量子点团聚体的乙醇分散液，将此乙醇分散液涂敷到导电玻璃上，经300 °C氩气气氛下热处理30min形成厚度为0.5-5μπι的量子点敏化太阳能电池对电极。
[0033]本实施例所制备的金-碲化铜量子点团聚体对电极材料经过1000次以上循环伏安测试，曲线形状不变;经过1000次以上阻抗测试，交换电阻数值保持在1.8 Ω.cm2。将该对电极与CdS/CdSe共敏化二氧化钛纳米晶光阳极及2mol/L他23和211101/1 S的水溶液电解质组装量子点敏化太阳能电池，在AM 1.5和10mW.cm—2标准太阳光下测试，光电转换效率达到5.1% 0
[0034]以上仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明的保护范围的限定，凡依本案的设计思路所做的等同变化，均落入本案的保护范围。
【主权项】
1.一种量子点敏化太阳能电池对电极的制备方法，其特征在于，制备步骤如下: 第一步，将市售均含油酸或油胺稳定剂的金量子点和铜系硫族化合物量子点分别分散到同一种非极性溶剂中，分别得到浓度为0.01-0.lmol/L的金量子点油相溶液和浓度为0.01-0.lmol/L的铜系硫族化合物量子点油相溶液;其中，所述各量子点的粒径均为l_7nm，所述非极性溶剂为环己烷、甲苯、庚烷或辛烷； 第二步，将上述金量子点油相溶液与上述铜系硫族化合物量子点油相溶液按体积比I /9-9/1混合均匀，往得到的量子点油相混合液中加入相当于量子点油相混合液2-10倍体积的极性憎溶剂使金量子点和铜系硫族化合物量子点共沉淀出来，形成金-铜系硫族化合物量子点团聚体;其中，极性憎溶剂为乙醇、甲醇或丙酮； 第三步，将此金-铜系硫族化合物量子点团聚体涂敷到导电玻璃上，经氩气气氛下400-500°C热处理30-60min形成量子点敏化太阳能电池对电极。2.如权利要求1所述的量子点敏化太阳能电池对电极的制备方法，其特征在于:上述第一步中，所述铜系硫族化合物量子点采用硫化铜量子点、硫化亚铜量子点、砸化铜量子点、砸化亚铜量子点、碲化铜量子点、碲化亚铜量子点中的一种。3.如权利要求2所述的量子点敏化太阳能电池对电极的制备方法，其特征在于:所述铜系硫族化合物量子点采用硫化铜量子点或砸化铜量子点。4.如权利要求1所述的量子点敏化太阳能电池对电极的制备方法，其特征在于:上述第二步中，作为对电极催化材料的所述金-铜系硫族化合物量子点团聚体是从混合均匀的所述量子点油相混合液中添加所述极性憎溶剂后共沉淀出来，形成粒径为0.1-0.5μπι的球形结构团聚体。
【专利摘要】本发明公开了一种量子点敏化太阳能电池对电极的制备方法，先将均含油酸或油胺稳定剂的金量子点及铜系硫族化合物量子点分别分散到同一种非极性溶剂中，形成油相溶液；再将这两种油相溶液混合均匀，往混合液中加入极性憎溶剂使金量子点和铜系硫族化合物量子点共沉淀出来，形成金-铜系硫族化合物量子点团聚体；最后将金-铜系硫族化合物量子点团聚体涂敷到导电玻璃上，经高温氩气气氛下热处理形成量子点敏化太阳能电池对电极。本发明制备方法简单，制得的对电极以量子点为基本结构单元，具有高比表面积和高催化活性。
【IPC分类】H01G9/042, H01G9/20
【公开号】CN105655136
【申请号】
【发明人】兰章, 吴季怀
【申请人】华侨大学
【公开日】2016年6月8日
【申请日】2015年12月28日