一種敏化太陽電池光陽極阻擋層的制備方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種敏化太陽電池光陽極阻擋層的制備方法，其將油酸包覆的2～5nm?TiO2、ZnO、SnO2、Nb2O5、In2O3量子點(diǎn)純化處理，分散在甲苯、環(huán)己烷、己烷、丁醇、異丙醇、氯仿中的至少一種有機(jī)溶劑；再將上述量子點(diǎn)中的至少一種分散液旋涂到導(dǎo)電玻璃上，形成量子點(diǎn)膜；再將涂有量子點(diǎn)膜的導(dǎo)電玻璃置于300～600℃熱處理30～60min，冷卻后得到厚度為10～100nm的阻擋層。由于敏化太陽電池光電轉(zhuǎn)換過程電子在光陽極與導(dǎo)電玻璃接觸的界面處復(fù)合嚴(yán)重，在此界面添加阻擋層能有效抑制復(fù)合反應(yīng)，提高電池光電轉(zhuǎn)換效率。本發(fā)明專利技術(shù)方法制備的量子點(diǎn)阻擋層，具有如下特點(diǎn)：采用市售或合成的高結(jié)晶度量子點(diǎn)材料；量子點(diǎn)表面用油酸包覆，可防止團(tuán)聚同時(shí)易于成膜；采用旋涂法能很好控制阻擋層厚度。這些特點(diǎn)使該阻擋層能有效抑制界面復(fù)合反應(yīng)，電池短路電流能提高20～40%。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種敏化太陽電池光陽極阻擋層的制備方法
本專利技術(shù)涉及敏化太陽電池新能源
，尤其是涉及光陽極阻擋層的制備方法。
技術(shù)介紹
敏化太陽電池是九十年代開發(fā)出的一種新型化學(xué)太陽電池，具有低成本，簡便制備工藝，良好環(huán)境相容性等性能，因此具有良好應(yīng)用前景，將來有望成為硅基太陽電池有力競爭者。由于敏化太陽電池光電轉(zhuǎn)換過程電子在光陽極與導(dǎo)電玻璃接觸的界面復(fù)合嚴(yán)重，在此界面添加阻擋層能有效抑制復(fù)合反應(yīng)，提高電池光電轉(zhuǎn)換效率。傳統(tǒng)阻擋層一般采用溶膠-凝膠法在導(dǎo)電玻璃上涂覆一層TiO2、ZnO、SnO2、Nb2O5、In2O3等寬禁帶半導(dǎo)體氧化物前驅(qū)體，高溫分解獲得薄膜。這種方法的缺陷是阻擋層有大量裂紋，作為阻擋層的寬禁帶半導(dǎo)體氧化物結(jié)晶度不高，無法有效抑制電子復(fù)合。同時(shí)，阻擋層厚度較難準(zhǔn)確控制，在阻斷電子復(fù)合反應(yīng)的同時(shí)過厚的膜有可能同時(shí)阻礙電池往外電路傳輸電子，并有可能降低導(dǎo)電玻璃透光性，對電池光電轉(zhuǎn)換性能產(chǎn)生消極影響。有鑒于此，專利技術(shù)人在經(jīng)過一系列的研究和試驗(yàn)基礎(chǔ)上，開發(fā)出一種敏化太陽電池光陽極阻擋層的制備方法，本案由此產(chǎn)生。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于提供一種敏化太陽電池光陽極阻擋層的制備方法，通過本專利技術(shù)方法制備的敏化太陽電池光陽極阻擋層，具有性能穩(wěn)定、能有效抑制光陽極與導(dǎo)電玻璃接觸界面電子復(fù)合反應(yīng)同時(shí)不影響電池電子傳輸和光子吸收的優(yōu)點(diǎn)，為制備高效的敏化太陽電池提供技術(shù)支持。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)按照下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：一種敏化太陽電池光陽極阻擋層的制備方法，其特征在于：將粒徑2～5nm，表面由油酸包覆的量子點(diǎn)經(jīng)純化處理后分散在甲苯、環(huán)己烷、己烷、丁醇、異丙醇、氯仿中的至少一種有機(jī)溶劑中，得到濃度為1～100mg/mL的量子點(diǎn)分散液；將量子點(diǎn)分散液以旋涂法均勻涂覆到導(dǎo)電玻璃上，形成量子點(diǎn)膜，再經(jīng)300～600℃熱處理30～60min，自然冷卻后獲得厚度為10～100nm的阻擋層；所述量子點(diǎn)采用TiO2、ZnO、SnO2、Nb2O5、In2O3量子點(diǎn)中的至少一種。所述量子點(diǎn)采用市售產(chǎn)品。所述量子點(diǎn)通過溶劑熱法合成。所述溶劑熱法合成通過如下方案實(shí)現(xiàn)：先將分析純級別的鈦酸四正丁酯、油酸鋅、油酸錫、五異丙氧基鈮或油酸銦溶解在甲苯、環(huán)己烷、己烷、丁醇、異丙醇、氯仿中的至少一種有機(jī)溶劑中，再加入占此有機(jī)溶劑體積比10～50%的油酸，和乙二胺、三乙胺、辛胺、十二胺、十四胺、十八胺、油胺中的至少一種有機(jī)胺，形成混合液，其中油酸與有機(jī)胺的體積比為10/1～1/1，將混合液置于反應(yīng)釜中，100～200℃熱處理5～24h，以8000～12000轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速離心獲得量子點(diǎn)顆粒。所述量子點(diǎn)的純化處理是指：將上述量子點(diǎn)分散在甲苯、環(huán)己烷、己烷、丁醇、異丙醇、氯仿中的至少一種有機(jī)溶劑中，加入大量甲醇、乙醇、乙醚、四氫呋喃中的至少一種以沉淀出量子點(diǎn)顆粒，離心分離出量子點(diǎn)顆粒，再分散—>沉淀—>離心，如此循環(huán)3～5次，完成量子點(diǎn)的純化處理。所述旋涂法，通過調(diào)節(jié)所述量子點(diǎn)分散液的濃度、旋涂轉(zhuǎn)速和旋涂次數(shù)來控制所述量子點(diǎn)膜的厚度。采用上述方案后，本專利技術(shù)方法具有如下優(yōu)點(diǎn)：采用高結(jié)晶度量子點(diǎn)材料；量子點(diǎn)表面用油酸包覆，可防止團(tuán)聚同時(shí)易于成膜；采用旋涂法能很好控制阻擋層厚度，能在導(dǎo)電玻璃上制備均勻的，厚度可控，高度透光，性能穩(wěn)定的阻擋層，可有效抑制界面復(fù)合反應(yīng)，同時(shí)不對電池電子傳輸和吸收光子產(chǎn)生消極影響。這些特點(diǎn)使該阻擋層能有效抑制界面復(fù)合反應(yīng)，電池短路電流能提高20～40%。【具體實(shí)施方式】本專利技術(shù)的一種敏化太陽電池光陽極阻擋層的制備方法，其中：涉及的量子點(diǎn)采用粒徑2～5nm，表面由油酸包覆的TiO2、ZnO、SnO2、Nb2O5、In2O3量子點(diǎn)中的至少一種。涉及的分散溶劑采用甲苯、環(huán)己烷、己烷、丁醇、異丙醇、氯仿中的至少一種有機(jī)溶劑。涉及的量子點(diǎn)分散液由經(jīng)純化的上述量子點(diǎn)分散在上述分散溶劑中而得，量子點(diǎn)濃度為1～100mg/mL。上述有機(jī)溶劑（分散溶劑）的純度均為分析純以上，上述量子點(diǎn)結(jié)晶度90%以上。采用旋涂法在導(dǎo)電玻璃上涂加量子點(diǎn)分散液時(shí)，通過調(diào)節(jié)量子點(diǎn)分散液的濃度、旋涂轉(zhuǎn)速和旋涂次數(shù)來控制量子點(diǎn)膜的厚度。以下結(jié)合實(shí)施例對本專利技術(shù)作進(jìn)一步地說明。實(shí)施例一本專利技術(shù)的一種敏化太陽電池光陽極阻擋層的制備方法，通過如下步驟實(shí)現(xiàn)：第一，TiO2量子點(diǎn)的合成：將分析純級鈦酸四正丁酯2～10mL溶解在30～100mL甲苯中，加入5～10mL油酸，2～10mL三乙胺，攪拌均勻，倒入50～120mL反應(yīng)釜中，置于100～200℃鼓風(fēng)烘箱熱處理5～24h，自然冷卻，在離心機(jī)中8000～12000轉(zhuǎn)/分離心分離，獲得TiO2量子點(diǎn)顆粒。第二，將市售的或第一步中合成的TiO2量子點(diǎn)顆粒分散到50～100mL環(huán)己烷中，濃度為1～100mg/mL，倒入250～1000mL甲醇，可使TiO2量子點(diǎn)顆粒沉淀出來，8000～12000轉(zhuǎn)/分離心分離，將獲得的TiO2量子點(diǎn)顆粒再分散—>沉淀—>離心，如此循環(huán)3～5次，獲得純化的TiO2量子點(diǎn)顆粒。第三，將純化的TiO2量子點(diǎn)顆粒分散到100mL甲苯中，得到濃度為1mg/mL的TiO2量子點(diǎn)分散液，取1mL此TiO2量子點(diǎn)分散液滴在面積為1cm×1cm的導(dǎo)電玻璃上，置于旋涂機(jī)中3000～6000轉(zhuǎn)/分旋涂1min，在導(dǎo)電玻璃上涂覆形成TiO2量子點(diǎn)膜。第四，將涂覆有TiO2量子點(diǎn)膜的導(dǎo)電玻璃置于300～600℃馬弗爐中，在空氣氛下熱處理30～60min，并在空氣氛中自然冷卻，獲得厚度為10～50nm的TiO2量子點(diǎn)阻擋層。實(shí)施例二本專利技術(shù)的一種敏化太陽電池光陽極阻擋層的制備方法，通過如下步驟實(shí)現(xiàn)：第一，SnO2量子點(diǎn)的合成：將分析純級油酸錫2～10mL溶解在30～100mL甲苯中，加入5～10mL油酸，2～10mL十八胺，攪拌均勻，倒入50～120mL反應(yīng)釜中，置于100～200℃鼓風(fēng)烘箱熱處理5～24h，自然冷卻，在離心機(jī)中8000～12000轉(zhuǎn)/分離心分離，獲得SnO2量子點(diǎn)顆粒。第二，將市售的或第一步中合成的SnO2量子點(diǎn)顆粒分散到50～100mL氯仿中，濃度為1～100mg/mL，倒入250～1000mL四氫呋喃，可使SnO2量子點(diǎn)顆粒沉淀出來，8000～12000轉(zhuǎn)/分離心分離，將獲得的SnO2量子點(diǎn)顆粒再分散—>沉淀—>離心，如此循環(huán)3～5次，獲得純化的SnO2量子點(diǎn)顆粒。第三，將純化的SnO2量子點(diǎn)顆粒分散到100mL環(huán)己烷中，得到濃度為50mg/mL的SnO2量子點(diǎn)分散液，取1mL此SnO2量子點(diǎn)分散液滴在面積為1cm×1cm的導(dǎo)電玻璃上，置于旋涂機(jī)中3000～6000轉(zhuǎn)/分旋涂1min，在導(dǎo)電玻璃上涂覆形成SnO2量子點(diǎn)膜。第四，將涂覆有SnO2量子點(diǎn)膜的導(dǎo)電玻璃置于300～600℃馬弗爐中，空氣氛下熱處理30min，并在空氣氛中自然冷卻，獲得厚度為25～60nm的SnO2量子點(diǎn)阻擋層。實(shí)施例三本專利技術(shù)的一種敏化太陽電池光陽極阻擋層的制備方法，通過如下步驟實(shí)現(xiàn)：第一，Nb2O5量子點(diǎn)的合成：將分析純級五異丙氧基鈮2～10mL溶解在30～100mL環(huán)己烷中，加入5～10mL油酸，2～10mL十二胺，攪拌均勻，倒入50～120mL反應(yīng)釜中，置于100～200℃鼓風(fēng)烘箱熱處本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種敏化太陽電池光陽極阻擋層的制備方法，其特征在于：將粒徑2～5nm，表面由油酸包覆的量子點(diǎn)經(jīng)純化處理后分散在甲苯、環(huán)己烷、己烷、丁醇、異丙醇、氯仿中的至少一種有機(jī)溶劑中，得到濃度為1～100mg/mL的量子點(diǎn)分散液；將量子點(diǎn)分散液以旋涂法均勻涂覆到導(dǎo)電玻璃上，形成量子點(diǎn)膜，再經(jīng)300～600℃熱處理30～60min，自然冷卻后獲得厚度為10～100nm的阻擋層；所述量子點(diǎn)采用TiO2、ZnO、SnO2、Nb2O5、In2O3量子點(diǎn)中的至少一種。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種敏化太陽電池光陽極阻擋層的制備方法，其特征在于：將粒徑2～5nm，表面由油酸包覆的量子點(diǎn)經(jīng)純化處理后分散在甲苯、環(huán)己烷、己烷、丁醇、異丙醇、氯仿中的至少一種有機(jī)溶劑中，得到濃度為1～100mg/mL的量子點(diǎn)分散液；將量子點(diǎn)分散液以旋涂法均勻涂覆到導(dǎo)電玻璃上，形成量子點(diǎn)膜，再經(jīng)300～600℃熱處理30～60min，自然冷卻后獲得厚度為10～100nm的阻擋層；所述量子點(diǎn)采用TiO2、ZnO、SnO2、Nb2O5、In2O3量子點(diǎn)中的至少一種；所述量子點(diǎn)通過溶劑熱法合成；所述溶劑熱法合成通過如下方案實(shí)現(xiàn)：先將分析純級別的鈦酸四正丁酯、油酸鋅、油酸錫、五異丙氧基鈮或油酸銦溶解在甲苯、環(huán)己烷、己烷、丁醇、異丙醇、氯仿中的至少一種有機(jī)溶劑中，再加入占此有機(jī)溶劑體積比10～50％的油酸，和乙二胺、三乙胺、辛胺、十...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：蘭章，闕蘭芳，吳季懷，
申請(專利權(quán))人：華僑大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：福建;35