一种锡掺杂磷化铟量子点敏化太阳能电池的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种量子点敏化太阳能电池，具体设及的是一种锡渗杂磯化铜量子点 敏化太阳能电池的制备方法。
【背景技术】
[0002] 随着地球化石能源的日益减少、温室效应的日益严重和人类对能源日益增长的需 求，面向"绿色"新能源的新材料、新技术和新方法的研究越来越重要。高效利用太阳能发 电是人类孜孜追求的目标之一，尤其是太阳能光伏发电。目前，基于单晶娃和多晶娃的太阳 能电池是实验室效率已经接近其理论上限，市场上主要W晶娃太阳能电池为主，同时各种 薄膜材料的太阳能电池，如铜铜嫁砸、蹄化簡薄膜电池也在推广使用中，该些薄膜电池的实 验室最高效率达到了 20%W上，但是从工艺稳定性和成本等方面考虑依然无法取代晶娃太 阳能电池。目前，量子点太阳能电池和巧铁矿太阳能电池是太阳能电池研究的两个热点方 向，其中量子点电池由于理论光电效率高、成本低和工艺简单等优点而广受关注。
[0003] 量子点敏化太阳能电池属于染料敏化太阳能电池（DSSC)的范畴，其特点是利用窄 带隙的量子点(无机半导体纳米晶）替代有机染料分子来吸收太阳光，产生光生电子和空穴 对，电子流入二氧化铁的导带再经导电电极流入电路，而空穴则被电解质中的电子所补偿 形成回路。量子点相比染料分子来说更稳定，并且理论上可W吸收一个光子就产生多个电 子，从而迅速提高光电转换效率。
[0004] 尽管CdSe、CdS、CdTe和PbS及PbSe量子点敏化太阳能电池已经得到广泛的研究， 但是金属簡和铅的高毒性始终会像限制CdTe薄膜电池那样导致其无法广泛的应用。因此， 无簡无铅的"绿色"环保型量子点材料如磯化铜（InP)等得到了越来越多的重视。InP量 子点敏化二氧化铁形成光阳极，与多舰电解质和销对电极组成量子点敏化电池（Zaban，A.， Micic，0.I.，etc,Langmuir1998,14, 3153)被报道，但是其效率非常低，其关键的原因是 电池的短路电流太低。
[0005] 在量子点敏化电池领域，对量子点敏化材料、对电解质W及对电极的改进在不断 进行，并取得了较大的进展。对量子点进行渗杂改性提高短路电流也是很有效的方法之一， 例如专利申请号为201210520505. 1和201210520490. 9分别报道了一种铜和铜渗杂硫化簡 量子点来提高硫化簡量子点敏化太阳能电池短路电流的方法。而锡渗杂的方法同样可W提 高InP量子点敏化太阳能电池的短路电流，但目前还没有针对采用锡渗杂的方法提高InP 量子点敏化太阳能电池效率方面的报道。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于提供一种锡渗杂磯化铜量子点敏化太阳能电池的制备方法，主 要解决现有的InP量子点敏化太阳能电池存在短路电流低的问题。
[0007] 为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下： 一种锡渗杂磯化铜量子点敏化太阳能电池的制备方法，包括W下步骤： (1) 将Sn"、In3+和长链烷基酸按照1 : 10 : 30的摩尔比例混合，并加入至5~10ml 的十八締溶剂中均匀揽拌混合，得到混合溶液； (2) 将混合溶液于真空条件下加热至100~120°C，并除氧2~化，制成含渗杂剂离子 的駿酸铜前驱体溶液； (3) 将駿酸铜前驱体溶液于惰性气氛中加热至250~300°C，并加入=(=甲基娃烷基） 麟，得到渗杂锡的磯化铜量子点溶液；所述=(=甲基娃烷基）麟与In3+的摩尔比为1 : 2; (4) 向渗杂锡的磯化铜量子点溶液中先加入己烧溶液混合，再采用离屯、分离的方式去 除副产物，得到上层红色透明溶液，然后在该透明溶液中加入不良溶剂，形成悬浊液，并再 次采用离屯、分离的方式沉淀出纯化后的磯化铜量子点溶液； (5) 在磯化铜量子点溶液中加入抑值为10~12、且含有35%~45%琉基丙酸的水溶 液混合，并高速揽拌1~1.化，然后再加入离子水揽拌，直至磯化铜量子点溶液由油相转移 为水相； (6) 将磯化铜量子点溶液吸附在FTO\Ti化电极上形成量子点敏化的FTO\Ti〇2电极片； (7) 将量子点敏化的FTO\Ti〇2电极片与硫化亚铜电极片组装，并注入多硫电解液形成 =明治型结构，得到锡渗杂磯化铜量子点敏化太阳能电池。
[0008] 进一步地，所述步骤（1)中的长链烷基酸为十二酸至十八酸中的任意一种。
[0009] 具体地说，所述步骤（3)包括W下步骤： (3a)将駿酸铜前驱体溶液于惰性气氛中加热至250~300°C，同时将与In3+摩尔比为 1 : 2的=(=甲基娃烷基）麟加入至1~3ml十八稀溶液中混合，然后迅速注入至駿酸铜 前驱体溶液中，形成红色溶液； (3b)使红色溶液于惰性气氛中静置1~1.化，然后降至室温，得到渗杂锡的磯化铜量 子点溶液。
[0010] 作为优选，所述惰性气氛为氣气或氮气。
[0011] 具体地说，所述步骤（4)包括W下步骤： (4a)将渗杂锡的磯化铜量子点溶液与5~10ml己烧溶液混合，并采用离屯、分离的方式 去除副产物，得到上层红色透明溶液； (4b)在红色透明溶液中加入不良溶剂，形成悬浊液； (4c)再次采用离屯、分离的方式沉淀出磯化铜量子点溶液中的量子点； (4d)循环步骤（4a)~（4c)=次W上； (4e)利用二氯甲烧或氯仿将磯化铜量子点溶液分散，得到纯化后的磯化铜量子点溶 液。
[0012] 再进一步地，所述步骤（4b)中的不良溶剂由摩尔比为1 : 4的甲醇和丙酬混合制 成。
[0013] 具体地说，所述步骤（6)包括W下步骤： (6a)将FT0\Ti化电极在磯化铜量子点溶液中浸泡2~2. 5h，直至量子点充分吸附在Ti化纳米颗粒上，得到量子点敏化的TiO2电极片； (6b)分别利用无水己醇和离子水对量子点敏化的Ti化电极片进行冲洗，并用氮气吹 干； (6c)将量子点敏化的Ti化电极片分别在0.Imol/L的醋酸锋和硫化钢溶液中层层反应 沉积出至少四层的ZnS层，得到量子点敏化的FTO\Ti化电极片； (6d)分别利用无水己醇和离子水对量子点敏化的FTO\Ti化电极片进行冲洗，并用氮气 吹干。
[0014]与现有技术相比，本发明具有W下有益效果： (1)本发明各个步骤环环相扣、紧密联系，其通过制备渗杂剂离子的駿酸铜前驱体溶 液、合成渗杂锡的磯化铜量子点溶液、量子点溶液分离与纯化、量子点相转移、量子点吸附 的方式，将无毒性的渗杂锡磯化铜量子点应用于量子点敏化太阳能电池光阳极（即FT0\ Ti〇2电极）的制备，从而在与硫化亚铜电极片组装、并注入多硫电解液后，有效地增强了量 子点敏化电池的短路电流和综合效率，试验表明，相比现有的磯化铜量子点敏化太阳能电 池，本发明在电池的短路电流密度和最高效率分别提高了至少26%和38%，性能的提升非常 显著，很好地实现了无簡无铅"绿色"、高效量子点敏化太阳能电池的制备。
[0015](2)本发明在制备量子点敏化的FTO\Ti〇2电极片过程中，多次采用了无水己醇和 离子水冲洗，并采用氮气吹干，如此操作，一方面可W很好地清除电极片表面的杂质，另一 方面则可W在干燥电极片的同时防止其氧化，保证了电极片的制备质量。
[0016](3)本发明工艺合理、成本低廉、操作便捷，其很好地填补了锡渗杂磯化铜量子点 敏化太阳能电池方面的空白，为高效利用太阳能发电的研究提供了强有力的铺垫，因此，本 发明应用前景相当广泛，具有很高的实用价值和大规模推广价值。
【附图说明】
[0017] 图1为本发明的流程示意图。
[001引图2为锡渗杂磯化铜量子点吸附在Ti化纳米颗粒上的HRTEM图。
[0019] 图3为量子点敏化的Ti〇2断面SEM图。
[0020] 图4为本发明-实施例的光电流转换效率曲线图。
[0021] 图5为本发明-实施例的电流密度一电压曲线图。
【具体实施方式】
[0022] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，本发明的实施方式包括但不限于 下列实施例。 实施例
[0023]本发明提供了一种锡渗杂磯化铜量子点敏化太阳能电池的制备方法，该方法是将 锡（Sn)离子渗杂到磯化铜（InP)量子点中形成的Sn:InP量子点作为敏化剂，然后组装为量 子点敏化太阳能电池。如图1所示，本发明主要由渗杂剂离子的駿酸铜前驱体溶液的合成、 渗杂锡的磯化铜量子点合成、量子点分离与纯化、量子点相转移、量子点敏化光阳极制备、 量子点敏化太阳能电池组装几大过程组成。
[0024]-、渗杂剂离子的駿酸铜前驱体溶液的合成 将Sn2\ln3+和长链烷基酸(本实施例选用十二酸至十八酸中的一种)按照1 : 10 : 30 的摩尔比例混合，并加入至5~10ml的十八締溶剂中均匀揽拌混合，得到混合溶液。而后， 将混合溶液于真空条件下加热至100~120°C，并除氧2~化，制成含渗杂剂离子的駿酸铜 前驱体溶液。
[0025] 二、渗杂锡的磯化铜量子点合成 得到駿酸铜前驱体溶液后，将其于惰性气氛(本实施例优选为氣气或氮气）中加热至 250~300°C，同时将与In3+摩尔比为1 : 2的甲基娃烷基)麟加入至1~3ml十八稀 溶液中混合，然后迅速注入至駿酸铜前驱体溶液中，形成红色溶液。
[0026] 将红色溶液于惰性气氛中静置1~1.化（让渗杂锡的磯化铜量子点生长、合成)， 然后降至室温，得到渗杂锡的磯化铜量子点溶液。上述过程中，采用惰性保护气氛可防止溶 液发生氧化，从而使溶液可W更好地生长出渗杂锡的磯化铜量