太阳能电池及其制备方法与流程

本发明属于太阳能电池领域，具体涉及一种量子点敏化太阳能电池及其制备方法。

背景技术：

太阳能电池作为清洁能源已受到各界的密切关注，在各类新型太阳能电池中，量子点敏化太阳能电池以低成本、制作工艺简单、相对较高的光电转换效率 已经成为研究热点，在其传统结构中通常采用CdS量子点层作为量子点敏化剂，并通常采用连续离子层吸附与反应法（successive ionic layer absorption and reaction，SILAR）制备于TiO₂纳米薄膜之上；为了进一步提高量子点敏化太阳能电池的光电转换效率，通常对量子点进行掺杂，前案CN103854862A采用连续离子层吸附与反应法（SILAR）将Cu杂质原子掺杂到 CdS 半导体量子点中作为敏化剂组装成量子点敏化太阳能电池，来提高太阳能电池的性能参数。为了进一步提高量子点敏化太阳能电池的光电转换效率，本专利提出一种新颖的量子点敏化剂结构及其制备方法。

技术实现要素：

本发明提供了一种太阳能电池及其制备方法，具有新颖的量子点敏化剂结构及其制备方法，可以有效提高太阳能电池的光电转换效率。

根据本发明的第一个方面，太阳能电池，依次包括：导电基板、光阳极、量子点敏化剂、电解液、对电极、透明导电玻璃，所述量子点敏化剂为由量子点层和壳层组成的量子点结构，所述量子点层为CdS量子点层、CdSe量子点层或CdTe量子点层，所述壳层为CuxS壳层、CuxSe或CuxTe。

在一些实施例中，所述量子点敏化剂也可以为由CdSe量子点层/Cu_xSe壳层组成的量子点结构。

在一些实施例中，所述量子点敏化剂也可以为由CdTe量子点层/Cu_xTe壳层组成的量子点结构。

在一些实施例中，所述量子点敏化剂也可以为由CdS量子点层/Cu_xS壳层组成的量子点结构、由CdTe量子点层/Cu_xTe壳层组成的量子点结构、由CdTe量子点层/Cu_xTe壳层组成的量子点结构中的以上所述量子点结构的任意组合。

进一步地，所述量子点层的厚度大于壳层的厚度，所述壳层的厚度为0.1 ~5 nm。

进一步地，所述Cu_xS包括CuS、Cu₂S；所述Cu_xSe包括CuSe、Cu₂Se；所述Cu_xTe包括CuTe、Cu₂Te。

进一步地，所述光阳极为一宽带隙半导体氧化物纳米层，可以为TiO₂纳米层、ZnO纳米层。

进一步地，所述宽带隙半导体氧化物纳米层的结构可以为纳米线、纳米棒、纳米管、多孔薄膜。

根据本发明的第二个方面，太阳能电池的制备方法，包括步骤：（1）提供一导电基板；（2）在导电基板上沉积一光阳极，所述光阳极为一宽带隙半导体氧化物纳米层，可以为TiO₂纳米层、ZnO纳米层；（3）采用连续离子层吸附与反应法在所述光阳极上制备CdS量子点层、或CdSe量子点层、或CdTe量子点层、或以上量子点层的任意组合；（4）将所述以上结构置于到铜盐溶液中通过反应（CdS + Cu²⁺ + Cu⁺→Cu_xS+ Cd²⁺、CdSe + Cu²⁺ + Cu⁺→Cu_xSe+ Cd²⁺、CdTe + Cu²⁺ + Cu⁺→Cu_xTe+ Cd²⁺），在CdS量子点层上形成Cu_xS壳层、在CdSe量子点层上形成Cu_xSe壳层、在CdTe量子点层上形成Cu_xTe壳层，形成由CdS量子点层/Cu_xS壳层组成的量子点结构、或由CdSe量子点层/Cu_xSe壳层组成的量子点结构、或由CdTe量子点层/Cu_xTe壳层组成的量子点结构、或由以上量子点结构的任意组合作为量子点敏化剂；（5）将沉积有对电极（Pt）的透明导电玻璃与CdS量子点层/Cu_xS壳层组成的量子点结构、或CdSe量子点层/Cu_xSe壳层组成的量子点结构、或CdTe量子点层/Cu_xTe壳层组成的量子点结构、或以上量子点结构的任意组合对贴并填充电解液后封装，完成量子点敏化太阳能电池的组装。

进一步地，所述铜盐可以为氯化铜、氯化亚铜、硝酸铜、硝酸亚铜、或其任意组合。

本发明至少具有以下有益效果：采用本发明所述制备方法形成的由CdS量子点层/Cu_xS壳层组成的量子点结构、或由CdSe量子点层/Cu_xSe壳层组成的量子点结构、或由CdTe量子点层/Cu_xTe壳层组成的量子点结构、或由以上量子点结构的任意组合作为量子点敏化剂组装成量子点敏化太阳能电池，壳层具有比光阳极和量子点层更窄的带隙，可以提高空穴的传输效率，使电子和空穴可以快速地分离，降低电池内部的电荷复合，提高电子收集效率，并且相对于传统CdS量子点层结构具有更宽的吸收光谱及更高的光吸收率，因此，可以有效提高太阳能电池的光电转换效率。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。此外，附图是描述概要，不是按比例绘制。

图1为实施例1所提供的太阳能电池的示意图。

图2为实施例2所提供的太阳能电池的示意图。

图3为实施例3所提供的太阳能电池的示意图。

图中标示：100：导电基板；101：光阳极；102：量子点敏化剂；102a：CdS量子点层；102b：Cu_xS壳层；103：电解液；104：对电极；105：透明导电玻璃；200：导电基板；201：光阳极；202：量子点敏化剂；202a：CdSe量子点层；202b：Cu_xSe壳层；203：电解液；204：对电极；205：透明导电玻璃。300：导电基板；301：光阳极；302：量子点敏化剂；302a：CdTe量子点层；302b：Cu_xTe壳层；303：电解液；304：对电极；305：透明导电玻璃。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明公开的太阳能电池的优选实施例进行更详细的描述。

实施例1

如图1所示，本发明实施例1所设计制备的太阳能电池的示意图，依次包括：导电基板100、光阳极101、量子点敏化剂102、电解液103、对电极104、透明导电玻璃105。所述导电基板100可以为FTO透明导电玻璃、ITO透明导电玻璃、IZO透明导电玻璃。所述光阳极101为一宽带隙半导体氧化物纳米层，可以为TiO₂纳米层、ZnO纳米层，所述宽带隙半导体氧化物纳米层的结构可以为纳米线、纳米棒、纳米管、多孔薄膜。所述量子点敏化剂102为由CdS量子点层102a/Cu_xS壳层102b组成的量子点结构，所述Cu_xS包括CuS、Cu₂S，所述CdS量子点层的厚度大于Cu_xS壳层的厚度，所述Cu_xS壳层的厚度为0.1 ~5 nm，通过控制CdS量子点层与铜盐溶液反应的时间和温度来控制Cu_xS壳层的厚度。所述电解液103可以为多硫电解液、碘离子有机电解液。所述对电极104可以为铂（Pt）、金（Au）、银（Ag）等金属。所述透明导电玻璃105可以为FTO透明导电玻璃、ITO透明导电玻璃、IZO透明导电玻璃等镀有透明导电氧化物的透明导电玻璃。

本发明实施例1所设计的太阳能电池的制备方法，包括步骤：

（1）提供一导电基板100，并依次用丙酮、乙醇、去离子水超声清洗干净并用氮气吹干；

（2）在导电基板100上沉积一光阳极101，所述光阳极101为一宽带隙半导体氧化物纳米层，可以为TiO₂纳米层、ZnO纳米层，可采用丝网印刷、旋转涂布等方法沉积而成；

（3）采用连续离子层吸附与反应法在所述光阳极101上制备CdS量子点层102a；

（4）将所述以上结构置于到铜盐溶液中通过反应（CdS + Cu²⁺ + Cu⁺→Cu_xS+ Cd²⁺、），在CdS量子点层上102a形成Cu_xS壳层102b，形成CdS量子点层102a/Cu_xS壳层102b组成的量子点结构作为量子点敏化剂102，所述铜盐可以为氯化铜、氯化亚铜、硝酸铜、硝酸亚铜、或其任意组合；

（5）将沉积有对电极104的透明导电玻璃105与由CdS量子点层102a/Cu_xS壳层102b组成的量子点结构对贴并填充电解液103后封装，完成量子点敏化太阳能电池的组装。

实施例2

如图2所示，本发明实施例2所设计制备的太阳能电池的示意图，依次包括：导电基板200、光阳极201、量子点敏化剂202、电解液203、对电极204、透明导电玻璃205。所述导电基板200可以为FTO透明导电玻璃、ITO透明导电玻璃、IZO透明导电玻璃。所述光阳极201为一宽带隙半导体氧化物纳米层，可以为TiO₂纳米层、ZnO纳米层，所述宽带隙半导体氧化物纳米层的结构可以为纳米线、纳米棒、纳米管、多孔薄膜。所述量子点敏化剂202为由CdSe量子点层202a/Cu_xSe壳层202b组成的量子点结构，所述Cu_xSe包括CuSe、Cu₂Se，所述CdSe量子点层的厚度大于Cu_xSe壳层的厚度，所述Cu_xSe壳层的厚度为0.1 ~5 nm，通过控制CdSe量子点层与铜盐溶液反应的时间和温度来控制Cu_xSe壳层的厚度。所述电解液203可以为多硫电解液、碘离子有机电解液。所述对电极204可以为铂（Pt）、金（Au）、银（Ag）等金属。所述透明导电玻璃205可以为FTO透明导电玻璃、ITO透明导电玻璃、IZO透明导电玻璃等镀有透明导电氧化物的透明导电玻璃。

本发明实施例2所设计的太阳能电池的制备方法，包括步骤：

（1）提供一导电基板200，并依次用丙酮、乙醇、去离子水超声清洗干净并用氮气吹干；

（2）在导电基板200上沉积一光阳极201，所述光阳极201为一宽带隙半导体氧化物纳米层，可以为TiO₂纳米层、ZnO纳米层，可采用丝网印刷、旋转涂布等方法沉积而成；

（3）采用连续离子层吸附与反应法在所述光阳极201上制备CdSe量子点层202a；

（4）将所述以上结构置于到铜盐溶液中通过反应（CdSe + Cu²⁺ + Cu⁺→Cu_xSe+ Cd²⁺），在CdSe量子点层202a上形成Cu_xSe壳层202b，形成CdSe量子点层202a /Cu_xSe壳层202b组成的量子点结构作为量子点敏化剂202，所述铜盐可以为氯化铜、氯化亚铜、硝酸铜、硝酸亚铜、或其任意组合；

（5）将沉积有对电极204的透明导电玻璃205与由CdSe量子点层202a/Cu_xSe壳层202b组成的量子点结构对贴并填充电解液203后封装，完成量子点敏化太阳能电池的组装。

实施例3

如图3所示，本发明实施例3所设计制备的太阳能电池的示意图，依次包括：导电基板300、光阳极301、量子点敏化剂302、电解液303、对电极304、透明导电玻璃305。所述导电基板300可以为FTO透明导电玻璃、ITO透明导电玻璃、IZO透明导电玻璃。所述光阳极301为一宽带隙半导体氧化物纳米层，可以为TiO₂纳米层、ZnO纳米层，所述宽带隙半导体氧化物纳米层的结构可以为纳米线、纳米棒、纳米管、多孔薄膜。所述量子点敏化剂302为由CdTe量子点层302a/Cu_xTe壳层302b组成的量子点结构，所述Cu_xTe包括CuTe、Cu₂Te，所述CdTe量子点层的厚度大于Cu_xTe壳层的厚度，所述Cu_xTe壳层的厚度为0.1 ~5 nm，通过控制CdTe量子点层与铜盐溶液反应的时间和温度来控制Cu_xTe壳层的厚度。所述电解液303可以为多硫电解液、碘离子有机电解液。所述对电极304可以为铂（Pt）、金（Au）、银（Ag）等金属。所述透明导电玻璃305可以为FTO透明导电玻璃、ITO透明导电玻璃、IZO透明导电玻璃等镀有透明导电氧化物的透明导电玻璃。

本发明实施例3所设计的太阳能电池的制备方法，包括步骤：

（1）提供一导电基板300，并依次用丙酮、乙醇、去离子水超声清洗干净并用氮气吹干；

（2）在导电基板300上沉积一光阳极301，所述光阳极301为一宽带隙半导体氧化物纳米层，可以为TiO₂纳米层、ZnO纳米层，可采用丝网印刷、旋转涂布等方法沉积而成；

（3）采用连续离子层吸附与反应法在所述光阳极301上制备CdTe量子点层302a；

（4）将所述以上结构置于到铜盐溶液中通过反应（CdTe + Cu²⁺ + Cu⁺→Cu_xTe+ Cd²⁺），在CdTe量子点层302a上形成Cu_xTe壳层302b，形成CdTe量子点层302a /Cu_xTe壳层302b组成的量子点结构作为量子点敏化剂302，所述铜盐可以为氯化铜、氯化亚铜、硝酸铜、硝酸亚铜、或其任意组合；

（5）将沉积有对电极304的透明导电玻璃305与由CdTe量子点层302a/Cu_xTe壳层302b组成的量子点结构对贴并填充电解液303后封装，完成量子点敏化太阳能电池的组装。

以上表示了本发明的优选实施例，应该理解的是，本领域技术人员可以修改在此描述的本发明，而仍然实现本发明的有益效果。因此，以上描述不作为对本发明的限制，凡依本发明所做的任何变更，皆属本发明的保护范围之内。