一種Cd1-xMnxSe量子點(diǎn)太陽能電池的制備方法技術(shù)領(lǐng)域本發(fā)明屬于太陽能電池技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種Cd1-xMnxSe量子點(diǎn)太陽能電池的制備方法。

背景技術(shù)：
隨著世界經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們對能源的需求量與日俱增，化石能源作為不可再生能源，已無法滿足全球的能源消耗；另一方面，化石能源的大量使用會造成全球變暖和環(huán)境污染問題。因而，尋求可高效利用并且對環(huán)境友好的可再生能源是世界各國的共同目標(biāo)。太陽能作為一種清潔的可再生能源，已經(jīng)引起了廣泛的關(guān)注，被認(rèn)為是傳統(tǒng)能源的最佳替代者。根據(jù)所用材料的不同，太陽能電池可分為：硅基太陽能電池、化合物薄膜太陽能電池、光化學(xué)太陽能電池(包括染料敏化太陽能電池和量子點(diǎn)太陽能電池)、有機(jī)太陽能電池和多結(jié)太陽能電池等。染料敏化太陽能電池是一類以染料分子敏化納米多孔半導(dǎo)體薄膜為光陽極的光化學(xué)太陽能電池，由瑞士洛桑聯(lián)邦理工(EPFL)的等人于1991年發(fā)明(O’ReganBandM.Nature,1991,353:737-740)，當(dāng)時的光電轉(zhuǎn)換效率在AM1.5模擬日光照射下可達(dá)7.1～7.9％。量子點(diǎn)太陽能電池是在染料敏化太陽能電池基礎(chǔ)上發(fā)展起來的又一類光化學(xué)太陽能電池。1998年Nozik首先進(jìn)行了利用磷化銦(InP)半導(dǎo)體量子點(diǎn)取代染料敏化太陽能電池中染料分子(ZabanA,OIandAJNozik,etal.Langmuir,1998,14:3153-3156)，開創(chuàng)了量子點(diǎn)太陽能電池的先河。量子點(diǎn)是三維尺寸小于或接近激子波爾半徑，具有量子局限效應(yīng)的準(zhǔn)零維納米粒子。用于敏化劑的量子點(diǎn)是一種窄禁帶寬度的半導(dǎo)體材料，如CdS，CdSe，PbS，InAs等，它可通過吸收一個光子能量產(chǎn)生多個激子或電子-空穴對，即多重激子效應(yīng)(MultipleExcitonGeneration，簡稱MEG)，進(jìn)而形成多重電荷載流子對，以更加有效地利用太陽能。根據(jù)美國物理學(xué)家Shockley和Queisser提出的S-Q極限模型，半導(dǎo)體PN結(jié)太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率極限為31％，如單晶硅、多晶硅太陽能電池等均受限于這一模型。然而以量子點(diǎn)為敏化劑構(gòu)筑的量子點(diǎn)太陽能電池，在MEG效應(yīng)作用下，則能突破S-Q極限效率模型，具有更高的理論光電轉(zhuǎn)換效率。并且，量子點(diǎn)太陽能電池的制造成本遠(yuǎn)低于硅基太陽能電池。因此，量子點(diǎn)太陽能電池被認(rèn)為是極具發(fā)展?jié)摿Φ男乱淮柲茈姵?，成為世界范圍?nèi)研究的熱點(diǎn)之一。用于敏化劑的量子點(diǎn)一般遵循兩個條件：(1)具有寬的可見光吸收范圍，且在光照下具有最佳的輸出能量；(2)量子點(diǎn)的導(dǎo)帶位置在光陽極的導(dǎo)帶位置之上，以便于電子的有效注入。目前用于量子點(diǎn)太陽能電池的量子點(diǎn)主要有CdS、CdSe、PbS、InAs等量子點(diǎn)。如霍尼韋爾國際公司公開了一種量子點(diǎn)太陽能電池(申請?zhí)?010241852.1)，涉及了多種二元金屬化合物量子點(diǎn)。長春理工大學(xué)公開了一種InAs量子點(diǎn)材料的制備方法和在太陽能電池中的應(yīng)用(申請?zhí)枺?00810051600.5)。華中科技大學(xué)公開了一種Bi2S3量子點(diǎn)敏化TiO2的太陽能電池的制備方法(申請?zhí)枺?01310588867.9)。蘇州大學(xué)公開了一種PbSxSe1-x量子點(diǎn)的制備方法和在太陽能電池中的應(yīng)用(申請?zhí)枺?01310299270.2)。目前量子點(diǎn)太陽能電池的效率依然偏低，如何提高太陽能電池效率一直是研究與開發(fā)的重點(diǎn)。提高太陽能電池效率的主要途徑就是提高量子點(diǎn)的電子-空穴的產(chǎn)率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提供一種Cd1-xMnxSe(x＝0～0.8)量子點(diǎn)太陽能電池的制備方法。Mn進(jìn)入CdSe中形成的三元化合物量子點(diǎn)，能顯著提升激子產(chǎn)率和光的吸收強(qiáng)度，提高太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。所采用溶液沉積法，具有工藝條件溫和、操作簡單、易工業(yè)化生產(chǎn)、成本低等優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明將膜厚為4～20微米的多孔光陽極基體，放置在由Cd2+、Mn2+、Se源和緩釋劑按照特定比例組成、濃度為0.03～0.50摩爾濃度的反應(yīng)溶液中，在避光條件、5～40攝氏度下靜置1～5小時，清洗、烘干后，與濃度為0.1～3.0摩爾濃度的多硫化物電解質(zhì)和硫化亞銅(Cu2S)對電極組裝成Cd1-xMnxSe(x＝0～0.8)量子點(diǎn)太陽能電池。多孔光陽極基體是將顆粒尺寸為10～80納米、寬禁帶半導(dǎo)體納米二氧化鈦(TiO2)、氧化鋅(ZnO)、氧化錫(SnO2)或錫酸鋅(Zn2SnO4)涂覆在導(dǎo)電玻璃(FTO或ITO)，在300～500攝氏度下燒結(jié)10～60分鐘制備獲得的4～20微米多孔薄膜。反應(yīng)溶液是由乙酸鎘(Cd(CH3COO)2)或硝酸鎘(Cd(NO3)2)、乙酸錳(Mn(CH3COO)2)或硝酸錳(Mn(NO3)2)、硒代硫酸鈉(Na2SeSO3)和氨三乙酸三鈉(N(CH2COONa)3)按照摩爾比為(1-x):x:1:2(x＝0～0.8)組成的濃度為0.03～0.50摩爾濃度的溶液。多硫化合物電解質(zhì)是將硫粉(S)溶解于硫化鈉(Na2S)水溶液中，S與Na2S的摩爾比為1:1～1:2，電解質(zhì)的濃度為0.1～3.0摩爾濃度，反應(yīng)溫度為50～70攝氏度，反應(yīng)時間為30～120min。Cu2S對電極的制備過程：將厚度為0.1～0.5毫米的黃銅箔置于50～70攝氏度的37％濃度的鹽酸中，反應(yīng)10～60分鐘，清洗、烘干，再置于權(quán)利要求4所制備的多硫化物電解質(zhì)中，反應(yīng)3～15分鐘，清洗、烘干后得到Cu2S對電極。本發(fā)明方法的優(yōu)點(diǎn)Mn原子進(jìn)入CdSe中形成Cd1-xMnxSe三元化合物量子點(diǎn)，有效提高了光的吸收強(qiáng)度和吸收效率，同時有利于增強(qiáng)電子的注入，降低電子與空穴的復(fù)合，進(jìn)而提高電子的收集效率，因此，獲得高效率的量子點(diǎn)太陽能電池。此外，本發(fā)明制備工藝簡單、成本較低、能批量化生產(chǎn)，因此具有廣泛的應(yīng)用前景和研究價值。附圖說明圖1是Cd1-xMnxSe量子點(diǎn)太陽能電池的結(jié)構(gòu)示意圖：1為導(dǎo)電玻璃(FTO或ITO)；2為Cd1-xMnxSe(x＝0～0.8)量子點(diǎn)；3為寬禁帶半導(dǎo)體納米二氧化鈦(TiO2)、氧化鋅(ZnO)、氧化錫(SnO2)或錫酸鋅(Zn2SnO4)；4為多硫化物電解質(zhì)；5為Cu2S對電極；圖2是本發(fā)明方法制備的Cd1-xMnxSe量子點(diǎn)太陽能電池的電流-電壓(I-V)曲線；圖3是本發(fā)明方法制備的Cd1-xMnxSe量子點(diǎn)太陽能電池的單色入射光子-電子轉(zhuǎn)化效率曲線；圖4是本發(fā)明方法制備的Cd1-xMnxSe量子點(diǎn)太陽能電池的紫外-可見吸收光譜。具體實(shí)施方式實(shí)施例1a)將顆粒尺寸為10～80nm的氧化物(包括TiO2、ZnO、SnO2或Zn2SnO4)粉末與溶劑配置成不同濃度的漿料；b)采用刮涂法將上述漿料均勻涂覆在FTO或ITO玻璃基體上，在300～500℃下燒結(jié)10～60min制備獲得4～20μm厚度的納米多孔光陽極薄膜；c)分別配置濃度為0.1M的乙酸鎘(Cd(CH3COO)2·2H2O)的去離子水溶液，0.1M的乙酸錳(Mn(CH3COO)2·4H2O)的去離子水溶液，0.1M的硒代硫酸鈉(Na2SeSO3)的去離子水溶液，0.1M的氨三乙酸三鈉(N(CH2COONa)3)的去離子水溶液；d)按照體積比為(1-x):x:1:2(x＝0.2)混合均勻，配置成反應(yīng)溶液；e)將光陽極垂直浸泡在反應(yīng)溶液中，在避光條件下通過化學(xué)浴沉積法吸附量子點(diǎn)，反應(yīng)溫度為25℃，反應(yīng)時間為3.0h；f)用去離子水洗凈，吹干，得到Cd1-xMnxSe(x＝0～0.8)量子點(diǎn)太陽能電池光陽極；g)將S粉溶解于Na2S水溶液中，S與Na2S的摩爾比為1:1，濃度為1.0M，反應(yīng)溫度為60℃，反應(yīng)時間為60min，制得多硫化物電解質(zhì)；h)將厚度為0.5mm黃銅箔置于70℃濃度為37％的鹽酸中，反應(yīng)30min，清洗、烘干，再置于多硫化物電解質(zhì)中，反應(yīng)10min，清洗、烘干，得到Cu2S對電極；i)將Cd1-xMnxSe(x＝0～0.8)量子點(diǎn)太陽能電池光陽極與多硫化物電解質(zhì)和Cu2S對電極組裝成電池，測試光電轉(zhuǎn)換效率。表1不同寬禁帶半導(dǎo)體材料對太陽能電池性能的影響實(shí)施例2a)將顆粒尺寸為25nm的TiO2粉末與溶劑配置成漿料；b)采用刮涂法將上述漿料均勻涂覆在FTO玻璃基體上，在500℃下燒結(jié)30min制備獲得10μm厚度的納米多孔光陽極薄膜；c)分別配置Cd2+源的去離子水溶液，Mn2+源的去離子水溶液，硒代硫酸鈉(Na2SeSO3)的去離子水溶液，氨三乙酸三鈉(N(CH2COONa)3)的去離子水溶液，濃度為0.03～0.50M；d)按照體積比為(1-x):x:1:2(x＝0～0.8)混合均勻，配置成反應(yīng)溶液；e)將光陽極垂直浸泡在反應(yīng)溶液中，在避光條件下通過化學(xué)浴沉積法吸附量子點(diǎn)，反應(yīng)溫度為5～40℃，反應(yīng)時間為1～5h；f)用去離子水洗凈，吹干，得到Cd1-xMnxSe(x＝0～0.8)量子點(diǎn)太陽能電池光陽極；g)將S粉溶解于Na2S水溶液中，S與Na2S的摩爾比為1:1，濃度為1.0M，反應(yīng)溫度為60℃，反應(yīng)時間為60min，制得多硫化物電解質(zhì)；h)將厚度為0.5mm黃銅箔置于70℃濃度為37％的鹽酸中，反應(yīng)30min，清洗、烘干，再置于多硫化物電解質(zhì)中，反應(yīng)10min，清洗、烘干，得到Cu2S對電極；i)將Cd1-xMnxSe(x＝0～0.8)量子點(diǎn)太陽能電池光陽極與多硫化物電解質(zhì)和Cu2S對電極組裝成電池，測試光電轉(zhuǎn)換效率。表2不同化學(xué)浴沉積反應(yīng)條件對太陽能電池性能的影響實(shí)施例3a)將顆粒尺寸為25nm的TiO2粉末與溶劑配置成漿料；b)采用刮涂法將上述漿料均勻涂覆在FTO玻璃基體上，在500℃下燒結(jié)30min制備獲得10μm厚度的納米多孔光陽極薄膜；c)分別配置濃度為0.1M的乙酸鎘(Cd(CH3COO)2·2H2O)的去離子水溶液，0.1M的乙酸錳(Mn(CH3COO)2·4H2O)的去離子水溶液，0.1M的硒代硫酸鈉(Na2SeSO3)的去離子水溶液，0.1M的氨三乙酸三鈉(N(CH2COONa)3)的去離子水溶液；d)按照體積比為(1-x):x:1:2(x＝0.2)混合均勻，配置成反應(yīng)溶液；e)將光陽極垂直浸泡在反應(yīng)溶液中，在避光條件下通過化學(xué)浴沉積法吸附量子點(diǎn)，反應(yīng)溫度為25℃，反應(yīng)時間為3.0h；f)用去離子水洗凈，吹干，得到Cd1-xMnxSe(x＝0～0.8)量子點(diǎn)太陽能電池光陽極；g)將S粉溶解于Na2S水溶液中，S與Na2S的摩爾比為1:1～1:2，濃度為0.1～3.0M，反應(yīng)溫度為50～70℃，反應(yīng)時間為30～120min，制得多硫化物電解質(zhì)；h)將厚度為0.5mm黃銅箔置于70℃濃度為37％的鹽酸中，反應(yīng)30min，清洗、烘干，再置于多硫化物電解質(zhì)中，反應(yīng)10min，清洗、烘干，得到Cu2S對電極；i)將Cd1-xMnxSe(x＝0～0.8)量子點(diǎn)太陽能電池光陽極與多硫化物電解質(zhì)和Cu2S對電極組裝成電池，測試光電轉(zhuǎn)換效率。表3不同電解液制備條件對太陽能電池性能的影響實(shí)施例4a)將顆粒尺寸為25nm的TiO2粉末與溶劑配置成漿料；b)采用刮涂法將上述漿料均勻涂覆在FTO玻璃基體上，在500℃下燒結(jié)30min制備獲得10μm厚度的納米多孔光陽極薄膜；c)分別配置濃度為0.1M的乙酸鎘(Cd(CH3COO)2·2H2O)的去離子水溶液，0.1M的乙酸錳(Mn(CH3COO)2·4H2O)的去離子水溶液，0.1M的硒代硫酸鈉(Na2SeSO3)的去離子水溶液，0.1M的氨三乙酸三鈉(N(CH2COONa)3)的去離子水溶液；d)按照體積比為(1-x):x:1:2(x＝0.2)混合均勻，配置成反應(yīng)溶液；e)將光陽極垂直浸泡在反應(yīng)溶液中，在避光條件下通過化學(xué)浴沉積法吸附量子點(diǎn)，反應(yīng)溫度為25℃，反應(yīng)時間為3.0h；f)用去離子水洗凈，吹干，得到Cd1-xMnxSe(x＝0～0.8)量子點(diǎn)太陽能電池光陽極；g)將S粉溶解于Na2S水溶液中，S與Na2S的摩爾比為1:1，濃度為1.0M，反應(yīng)溫度為60℃，反應(yīng)時間為60min，制得多硫化物電解質(zhì)；h)將厚度為0.1～0.5mm黃銅箔置于50～70℃濃度為37％的鹽酸中，反應(yīng)10～60min，清洗、烘干，再置于多硫化物電解質(zhì)中，反應(yīng)5～15min，清洗、烘干，得到Cu2S對電極；i)將Cd1-xMnxSe(x＝0～0.8)量子點(diǎn)太陽能電池光陽極與多硫化物電解質(zhì)和Cu2S對電極組裝成電池，測試光電轉(zhuǎn)換效率。表4不同對電極制備工藝對太陽能電池性能的影響