一种AgBiS2量子点太阳电池及其制备方法

本发明涉及太阳电池材料，具体是一种agbis2量子点太阳电池的制备方法。

背景技术：

1、量子点的太阳电池因其带隙可调、可溶液加工以及多激子效应等优点，成为第三代光伏技术的重要发展方向。将量子点与一维氧化物纳米棒阵列复合，可构建具有直接电荷传输通道的异质结结构，有效促进光生载流子的分离与收集。然而，受限于量子点薄膜中载流子扩散长度与光吸收深度之间的矛盾，实际器件中量子点吸光层的厚度通常被限制在数百纳米以内，导致对近红外波段入射光的捕获能力不足，严重制约了短路电流密度和光电转换效率的进一步提升。为突破这一瓶颈，表面等离激元技术被引入太阳电池领域：当金属（如ag、au）纳米结构受到光激发时，其表面自由电子发生集体振荡，产生高度局域的增强电磁场，可显著提高周围吸光材料的光吸收效率。现有研究多采用在透明导电电极上制备随机分布的金属纳米颗粒或岛状薄膜作为等离激元散射中心，利用其局域表面等离激元共振效应来提升光俘获能力。然而，常规的金属纳米颗粒制备方法如化学合成后旋涂存在颗粒尺寸分布宽、覆盖不均匀、与后续溶液法制膜工艺兼容性差等问题，且金属纳米颗粒与电极界面间的电荷复合损失往往抵消部分光吸收增益。

技术实现思路

1、针对上述不足，本发明提出一种agbis2量子点太阳电池及其制备方法，在导电玻璃表面直接蒸镀金、银薄膜作为表面等离激元结构层，旨在通过精确控制后续退火处理温度以及膜层厚度，使获得的金、银薄膜能够激发较强的局域表面等离激元共振，可在宽光谱范围内增强入射光的近场强度，与agbis2量子点的吸收范围互补，大幅提高量子点层对长波段光子的俘获几率，提高器件的外量子效率和短路电流密度，为高性能阵列量子点太阳电池提供一种简便、高效的等离激元光管理策略。

2、为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、本发明首先提供了一种agbis2量子点太阳电池，其结构为，包括：

4、导电玻璃；

5、设置于所述导电玻璃上的等离激元层，所述等离激元层为au薄膜或ag薄膜；

6、设置于所述等离激元层上的tio2纳米棒阵列，所述tio2纳米棒阵列作为电子传输层；

7、设置于所述tio2纳米棒阵列上的agbis2量子点吸光层；

8、设置于所述agbis2量子点吸光层上的空穴传输层；

9、以及设置于所述空穴传输层上的金属电极层。

10、本发明进一步提供了所述agbis2量子点太阳电池的制备方法，包括如下步骤：

11、（1）在导电玻璃上制备au薄膜或ag薄膜作为等离激元层；

12、（2）在au薄膜或ag薄膜上制备tio2纳米棒阵列作为电子传输层；

13、（3）在所述电子传输层上沉积agbis2量子点作为吸光层；

14、（4）在所述吸光层上沉积空穴传输层；

15、（5）在所述空穴传输层上蒸镀金属电极层，即获得agbis2量子点太阳电池。

16、优选的，步骤（1）中，所述au薄膜或ag薄膜采用真空蒸镀法制备，蒸镀后在100～300℃退火2～60分钟。

17、优选的，步骤（1）中，所述au薄膜或ag薄膜的厚度为10～100 nm。

18、优选的，步骤（2）中，所述tio2纳米棒阵列采用水热法制备，制备工艺为：将浓盐酸和去离子水按体积比1:1混合，加入钛酸四丁酯并搅拌均匀，获得钛酸四丁酯浓度为0.02～0.04 mol/l的溶液a；将氯化钠加入到盐酸中直至氯化钠达到饱和，加入钛酸四丁酯并搅拌均匀，获得钛酸四丁酯浓度为0.02～0.04 mol/l的溶液b；将镀有等离激元层的导电玻璃以导电面向下的方式置于高压釜中，加入20～40 ml溶液a，110～190℃水热反应2～6 h，再加入20～40 ml溶液b，继续在110～190℃水热反应5～15 h；取出样品并用去离子水清洗，获得tio2纳米棒阵列。

19、优选的，步骤（3）中，所述agbis2量子点采用热注入法制备，制备工艺为：将4 mmol醋酸铋、3.2 mmol醋酸银、40 ml油酸和15 ml十八烯在三颈烧瓶中混合，抽真空除去氧气和水分，80～120℃加热搅拌1～3小时；然后快速注入5 ml硫源前驱液，所述硫源前驱液为5mmol六甲基二硅硫烷的十八烯溶液；将反应物在冰水浴中冷却，离心纯化得到agbis2量子点。

20、优选的，步骤（3）中，所述agbis2量子点采用旋涂法进行沉积，旋涂溶液的浓度为20～300 mg/ml。

21、优选的，步骤（4）中，所述空穴传输层为spiro-meotad（2,2',7,7 '-四(4-甲氧基苯基)-9,9 '-螺二芴）。

22、优选的，步骤（5）中，所述金属电极层为金电极或银电极。

23、本发明的优点和积极效果体现在：

24、本发明通过精确控制后续退火处理温度以及膜层厚度，在导电玻璃表面制备出一层均匀致密的au或ag薄膜。该薄膜经退火处理后，可激发出较强的局域表面等离激元共振，在较宽的光谱范围内显著增强入射光的近场强度。这一特性与agbis2量子点自身的吸收范围形成互补，能够大幅提高量子点层对长波段光子的俘获能力，从而使器件的短路电流密度和光电转换效率都得到了明显提高。

1.一种agbis2量子点太阳电池，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的agbis2量子点太阳电池，其特征在于，所述的au薄膜或ag薄膜厚度为10～100 nm。

3.一种权利要求1或2所述agbis2量子点太阳电池的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述au薄膜或ag薄膜采用真空蒸镀法制备，蒸镀后在100～300℃退火2～60分钟。

5.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述tio2纳米棒阵列采用水热法制备，制备工艺为：将浓盐酸和去离子水按体积比1:1混合，加入钛酸四丁酯并搅拌均匀，获得钛酸四丁酯浓度为0.02～0.04 mol/l的溶液a；将氯化钠加入到盐酸中直至氯化钠达到饱和，加入钛酸四丁酯并搅拌均匀，获得钛酸四丁酯浓度为0.02～0.04 mol/l的溶液b；将镀有等离激元层的导电玻璃以导电面向下的方式置于高压釜中，加入20～40 ml溶液a，110～190℃水热反应2～6 h，再加入20～40 ml溶液b，继续在110～190℃水热反应5～15h；取出样品并用去离子水清洗，获得tio2纳米棒阵列。

6.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，所述agbis2量子点采用热注入法制备，制备工艺为：将4 mmol醋酸铋、3.2 mmol醋酸银、40 ml油酸和15 ml十八烯在三颈烧瓶中混合，抽真空除去氧气和水分，80～120℃加热搅拌1～3小时；然后快速注入5 ml硫源前驱液，所述硫源前驱液为5 mmol六甲基二硅硫烷的十八烯溶液；将反应物在冰水浴中冷却，离心纯化得到agbis2量子点。

7.如权利要求3或6所述的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，所述agbis2量子点采用旋涂法进行沉积，旋涂溶液的浓度为20～300 mg/ml。

8.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤（4）中，所述空穴传输层为spiro-meotad。

9.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤（5）中，所述金属电极层为金电极或银电极。