量子点敏化太阳电池及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及量子点太阳能电池技术领域，具体涉及到一种量子点敏化太阳电池及 其制备方法。
【背景技术】
[0002] 太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应把太阳能转化成电能的装置。它是以 半导体材料为基础，其工作原理是利用光电材料吸收太阳光产生光生电子。根据所使用材 料的不同，太阳能电池可分为硅太阳能电池、以III-V化合物（如，砷化镓）、铜铟锡硫等多 元化合物为材料的电池、基于功能高分子材料的有机聚合物电池、纳晶敏化太阳能电池、量 子点太阳能电池、基于无机有机铅钙钛矿太阳能电池等。其中，量子点太阳能电池以成本低 廉、制作工艺简单而成为研宄热点。特别是量子点的吸光范围可以通过调节量子点颗粒尺 寸来实现，并且1个高能光子可产生多个电子，将大大提高量子产率（Nozik，A. J.，Physica E，2002, 14, 115)，即"多激子效应"。但是，目前此类电池的光电转换效率偏低，电池稳定性 还有待进一步提尚。
[0003] 量子点敏化太阳能电池主要由沉积了量子点的光阳极（纳晶多孔层）、电解质和 对电极（如硫化亚铜）构成。一方面，材料的选择是影响电池效率的关键因素；同时，电池 内部的界面（包括光阳极/量子点、量子点/电解质、电解质/对电极）调控对电池效率的 提高也至关重要。目前，量子点敏化太阳能电池的界面调控普遍采用ZnS钝化的方法，该方 法存在一些问题，如制备的ZnS的生长颗粒较大，导致形成ZnS钝化层薄膜的颗粒较大，薄 膜相对比较疏松，对量子点及未沉积量子点的裸露TiCV薄膜表面覆盖不完全，无法对界面 复合起到较好的抑制作用。常规的ZnS钝化层薄膜通常是采用连续离子层吸附法（SILAR) 获得的，该方法很难实现对钝化层厚度的精确控制。
[0004] 因此，目前迫切需要出现一种新的制备方法以提高量子点敏化太阳电池的效率和 稳定性。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种量子点敏化太阳电池及其制备方法，该量子点敏化太 阳电池由于采用原子层沉积技术在量子点表面沉积宽禁带半导体（绝缘）层，可有效抑制 光生电子与电解质的复合，有利于提升电池的性能。
[0006] 为了实现上述目的，本发明提供了一种量子点敏化太阳电池的制备方法，该量子 点敏化太阳电池包括形成在纳晶多孔层的纳晶颗粒表面上的量子点层，且该制备方法包括 采用原子层沉积方法在量子点层的表面沉积表面修饰材料前驱体以形成表面修饰层。
[0007] 进一步地，表面修饰层为能够抑制光生电子与电解质复合的宽带隙半导体纳米颗 粒或绝缘材料纳米颗粒；优选地，形成表面修饰层的材料选自MgO、Zr0 2、Nb205、Hf02、Y20 3、 Ta205、Si0jP Al 203中的一种或多种；进一步优选地，形成表面修饰层的材料选自Si02、Zr0 2 或 MgO。
[0008] 进一步地，表面修饰层的厚度为2~100nm，优选为5~20nm。
[0009] 进一步地，表面修饰层是由纳米颗粒构成的；所述纳米颗粒的粒径为2~10nm，优 选地，所述纳米颗粒的粒径为3~5nm。
[0010] 进一步地，表面修饰材料前驱体为含有表面修饰元素的溶液；优选地，所述表面修 饰材料前驱体的质量百分比浓度为0. 5~20% ;进一步优选地，所述表面修饰材料前驱体 的质量百分比浓度为〇. 8~5. 0%
[0011] 进一步地，采用原子层沉积方法在量子点层的表面形成表面修饰层的步骤包括： 将表面修饰材料前驱体分散到有机溶剂中；将分散在有机溶剂中的表面修饰材料前驱体 和水蒸汽以气体脉冲形式交替送入原子层沉积系统反应室中，沉积在预先形成的量子点层 上；向原子层沉积系统反应室中吹入高纯氮气，除去原子层沉积系统反应室及纳晶多孔层 表面的溶剂，使其干燥，以形成表面修饰层。
[0012] 进一步地，在原子层沉积系统反应室中，表面修饰材料前驱体在量子点层的表面 发生单层吸附和水解反应，从而获得表面修饰层。
[0013] 进一步地，有机溶剂选自甲醇、乙醇、异丙醇、丙酮和乙酸乙酯中的一种或多种；优 选为乙醇。
[0014] 根据本发明的另一方面，提供了一种量子点敏化太阳电池，采用上述任一种的方 法制备而成。
[0015]本发明的有益效果：在量子点敏化太阳电池中，用于吸收层（量子点层）的量子点 材料通过吸收太阳光产生光生电子，电子注入宽禁带半导体材料导带中并收集到导电玻璃 上，导出至外电路，空穴通过电解质到达对电极由电极导出。本申请的发明人创造性地将原 子层沉积技术（ALD)引入到量子点薄膜的表面修饰中，在量子点表面采用原子层沉积技术 沉积一层超薄的表面修饰层，并且采用宽禁带半导体材料或绝缘材料作为量子点敏化太阳 电池的量子点表面修饰层，与不进行修饰的传统量子点太阳电池或者现有技术中采用ZnS 钝化层的量子点太阳电池相比，由于原子层沉积技术（ALD)是原子尺寸厚度的沉积，生长 颗粒更加细小，获得的表面修饰层薄膜更加致密，因而该修饰层可更加有效地抑制量子点 敏化太阳电池光生电子与电解质的复合，显著提升了电池的转换效率。
[0016] 本申请所提供的制备方法仅仅是在现有的量子点层基础上增加表面修饰层，不会 因表面修饰层的增加而需要高温处理，只需室温干燥即可得到符合条件且厚度可调的量子 点表面修饰层。本发明所提供的制作过程简单、环保、易于操作，可将多种宽禁带半导体材 料或绝缘材料用于表面修饰层中，匹配性广，提高了量子点敏化太阳电池的电池效率，适合 大规模应用。
[0017] 根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明 了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。
【附图说明】
[0018] 后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。 附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些 附图未必是按比例绘制的。附图中：
[0019] 图1为本发明一种典型实施例的量子点敏化太阳电池的结构示意图。
【具体实施方式】
[0020] 根据本发明的一种典型实施例，提供了一种量子点敏化太阳电池，其结构如图1 所示，包括一透明衬底10，在透明衬底10上依次形成的导电层20、纳晶多孔层30、电解质层 40以及对电极50。导电层20形成在透明衬底10上，纳晶多孔层30形成在导电层20上， 电解质层40填充在形成纳晶多孔层30的纳晶颗粒31的空隙中。在电解质层40上形成有 对电极50。在纳晶多孔层30的纳晶颗粒31上依次包覆有量子点层32和表面修饰层33。
[0021] 本发明所采用的透明衬底10的材料一般可以为透明玻璃或柔性塑料。导电层20 可以是铟锡氧化物、氟锡氧化物，也可以为FTO(导电玻璃为掺杂氟的SnO 2，即Sn02:F，简称 为FT0)或ITO薄膜。纳晶多孔层30的厚度优选为3~20 y m，其可以是由Ti02、Zn0和SnO2 中的一种或多种材料形成，优选采用1102纳米颗粒、纳米棒或纳米线等形式的纳米材料。
[0022] 在纳晶多孔层30表面上形成吸光层，也称作量子点层32,该量子点层32由量子点 材料构成。优选地，形成量子