专利名称：基于软化学方法制备CoS对电极的方法
技术领域：
本发明涉及一种太阳能电池材料的制备方法，尤其涉及一种基于软化学方法制备CoS对电极的方法。
背景技术：
人类在意识到日益严峻的能源需求和环境问题时苦苦探索新技术和新能源，而太阳能是大自然中最直接的能量，取之不尽用之不竭。那么把太阳能转化为热能和电能是利用太阳能的两大途径。近年来不断发展的光化学太阳能电池如染料敏化电池(DyeSensitized Solar Cell(DSSC))和量子点敏化电池(Quantum dot sensitized Solar Cell(QDSC))是第三代太阳能电池中把太阳能转化为电能的主流技术。其中对如何提高太阳能电池光电转换效率即更多地充分利用太阳能是众多科研工作者一直努力追求的目标，而制约这两种电池提高效率的一个关键因素是电池的对电极。 现有技术中的Pt (钼)对电极存在以下缺陷第一是成本高，Pt资源有限，第二是Pt对电极容易产生过电势，影响电荷的输运(电子寿命短)和电池的开路电压，第三是Pt对电极对多硫化物电解液催化活性低导电性差。
发明内容
本发明的目的是提供一种廉价、简易、可规模化的基于软化学方法制备CoS对电极的方法。本发明的目的是通过以下技术方案实现的本发明的基于软化学方法制备CoS对电极的方法，包括步骤A、商用的FTO预处理将FTO衬底清洗干净，并在干燥；B、配制钴盐溶液和硫化钠溶液；C、旋涂阳离子Co2+:先将洗干净的FTO衬底固定在旋涂仪上面，将配制好的钴盐溶液取一滴均匀分布在FTO衬底上，进行旋涂，接着将涂有钴盐溶液的FTO衬底转移到加热板上烘烤，然后让其在空气中冷却；D、硫化将冷却之后的FTO衬底再置入预先配制好的硫化钠中硫化，然后再转移到加热板上烘烤，有黑色的CoS颗粒沉积到FTO衬底表面； 所述步骤C和D构成一个生长循环，通过多个循环得到在FTO衬底表面均匀分布的多孔CoS对电极；E、冷却之后的CoS能直接用作太阳能电池的对电极。由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明提供的基于软化学方法制备CoS对电极的方法，由于将金属盐阳离子Co2+溶于乙醇溶液，将硫化物阴离子S2-溶于甲醇和水(V V = I I)混合溶液，在空气环境下在FTO衬底上直接能够反应生成具有高效电催化活性的太阳能电池的对电极CoS，操作简单、成本低、环保无污染、无需高真空、对设备要求低，可用于大规模生产。
具体实施例方式下面将对本发明实施例作进一步地详细描述。本发明基于软化学方法制备CoS对电极的方法，其较佳的具体实施方式
包括步骤A、商用的FTO预处理将FTO衬底清洗干净，并干燥；B、配制钴盐溶液和硫化钠溶液；C、旋涂阳离子Co2+:先将洗干净的FTO衬底固定在旋涂仪上面，将配制好的钴盐溶液取一滴均匀分布在FTO衬底上，进行旋涂，接着将涂有钴盐溶液的FTO衬底转移到加热板上烘烤，然后让其在空气中冷却；
D、硫化将冷却之后的FTO衬底再置入预先配制好的硫化钠中硫化，然后再转移到加热板上烘烤，有黑色的CoS颗粒沉积到FTO衬底表面；所述步骤C和D构成一个生长循环，通过多个循环得到在FTO衬底表面均匀分布的多孔CoS对电极；E、冷却之后的CoS能直接用作太阳能电池的对电极。所述步骤A中将FTO基地依次在丙酮、无水乙醇、去离子水中各超声30min，然后用去离子水清洗，并在空气中干燥。所述步骤B中以乙醇作为溶剂，配制O. 05M的钴盐溶液，并用体积比I : I的甲醇和水作为溶剂配制O. 05M的硫化钠溶液；所述步骤C中先将洗干净的FTO衬底固定在旋涂仪上面，将配制好的钴盐溶液取一滴均匀分布在FTO衬底上，然后以1600rpm的转速旋涂lmin，接着将涂有钴盐溶液的FTO衬底转移到加热板上，120°C烘烤lmin，然后让其在空气中冷却；所述步骤D中将冷却之后的FTO衬底再置入预先配制好的硫化钠中硫化lmin，然后再转移到加热板上面，120°C烘烤2min，有黑色的CoS颗粒沉积到FTO衬底表面；本发明采用基于软化学即溶液法合成了具有高效电催化活性的光化学太阳能电池的CoS对电极(counter electrode(CE)),将金属盐阳离子Co2+溶于乙醇溶液,将硫化物阴离子S2_溶于甲醇和水(V V=I I)混合溶液。在空气环境下在FTO衬底上直接能够反应生成具有高效电催化活性的太阳能电池的对电极CoS。这种方法操作简单，成本低，环保无污染，无需高真空，对设备要求低，可用于大规模生产。利用软化学即溶液法生长技术，使用无毒、廉价的液相法制备具有高效电催化活性的CoS对电极。这种CoS对电极是多孔的纳米结构，具有比表面积大的特点，并且均匀分布在FTO衬底上，生长速度快，周期短见效快。本发明的特点有以下几点使用资源富丰富的钴盐和常见的硫化钠做前驱体，使用常见的甲醇、乙醇和去离子水做溶剂，大大降低了成本；通过旋涂加热的办法，制备的CoS与衬底FTO结合紧密，不易脱落，从而保证了电极本身的稳定性；制备的CoS为致密的多孔薄膜，比表面积大，从而保证了 CoS作为电池的对电极具有很闻的电催化活性；
制备过程简单易操作，无需高真空高温等复杂条件，在大气环境下即可；制备周期短，生长速度快，能耗低，即制即用；生产成本低，制备方法简单、易控，无需昂贵复杂的实验设备。具体实施例所用设备旋涂仪，加热板；具体步骤I、先用丙酮、乙醇，再用去离子水超声清洗商用FT0(30mm * 14mm)，然后将洁净的FTO在空气中干燥。
2、称取定量的钴盐(硝酸钴、氯化钴、醋酸钴等)配制O. 05M的钴盐溶液，以乙醇做溶剂，称取定量的硫化钠配制O. 05M硫化物溶液，以甲醇和水(体积比I : I)做溶剂。各搅拌 30min。3、旋涂将洁净的FTO固定在旋涂仪上面，用滴管取适量的钴盐溶液均匀分布在FTO衬底上，然后以1600rpm的转速旋涂lmin，然后将衬底转移到加热板上面，在空气环境下120°C烘烤lmin，在空气中冷却。第一次烘烤保证钴盐阳离子与衬底结合紧密4、硫化将冷却之后的FTO衬底置入预先配制好的硫化钠溶液中硫化lmin，然后在甲醇溶液中清洗掉残余未反应的离子，然后转移到加热板上面，在空气环境下120°C烘烤2min，在空气中冷却。此时便有黑色的CoS沉积在FTO表面。5、步骤3和4构成一个生长循环，通过多次循环(一般2到3次)就可以得到与衬底结合紧密的多孔的CoS薄膜。6、通过SEM、EDS、CV (循环伏安法)、EIS (电化学阻抗谱)和太阳能电池I-V测试等手段表征该CoS对电极具有高效的电催化性能。以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式
，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
权利要求
1.一种基于软化学方法制备CoS对电极的方法，其特征在于，包括步骤 A、商用的FTO预处理将FTO衬底清洗干净，并干燥； B、配制钴盐溶液和硫化钠溶液； C、旋涂阳离子Co2+:先将洗干净的FTO衬底固定在旋涂仪上面，将配制好的钴盐溶液取一滴均匀分布在FTO衬底上，进行旋涂，接着将涂有钴盐溶液的FTO衬底转移到加热板上烘烤，然后让其在空气中冷却； D、硫化将冷却之后的FTO衬底再置入预先配制好的硫化钠中硫化，然后再转移到加热板上烘烤，有黑色的CoS颗粒沉积到FTO衬底表面； 所述步骤C和D构成一个生长循环，通过多个循环得到在FTO衬底表面均匀分布的多孔CoS对电极； E、冷却之后的CoS能直接用作太阳能电池的对电极。
2.根据权利要求I所述的基于软化学方法制备CoS对电极的方法，其特征在于 所述步骤A中将FTO基地依次在丙酮、无水乙醇、去离子水中各超声30min，然后用去离子水清洗，并在空气中干燥。
所述步骤B中以乙醇作为溶剂，配制O. 05M的钴盐溶液，并用体积比I : I的甲醇和水作为溶剂配制O. 05M的硫化钠溶液； 所述步骤C中先将洗干净的FTO衬底固定在旋涂仪上面，将配制好的钴盐溶液取一滴均匀分布在FTO衬底上，然后以1600rpm的转速旋涂lmin，接着将涂有钴盐溶液的FTO衬底转移到加热板上，120°C烘烤lmin，然后让其在空气中冷却； 所述步骤D中将冷却之后的FTO衬底再置入预先配制好的硫化钠中硫化lmin，然后再转移到加热板上面，120°C烘烤2min，有黑色的CoS颗粒沉积到FTO衬底表面。
全文摘要
本发明公开了一种基于软化学方法制备CoS对电极的方法，首先将FTO衬底清洗干净，并在干燥；然后配制钴盐溶液和硫化钠溶液；之后将洗干净的FTO衬底固定在旋涂仪上面，将配制好的钴盐溶液取一滴均匀分布在FTO衬底上，进行旋涂，接着将涂有钴盐溶液的FTO衬底转移到加热板上烘烤，然后让其在空气中冷却；再将冷却之后的FTO衬底再置入预先配制好的硫化钠中硫化，然后再转移到加热板上烘烤，有黑色的CoS颗粒沉积到FTO衬底表面；通过多个循环得到在FTO衬底表面均匀分布的多孔CoS对电极；冷却之后的CoS能直接用作太阳能电池的对电极。操作简单、成本低、环保无污染、无需高真空、对设备要求低，可用于大规模生产。
文档编号H01G9/20GK102779655SQ20121025382
公开日2012年11月14日 申请日期2012年7月19日 优先权日2012年7月19日
发明者叶长辉, 季书林, 徐国平, 缪春辉 申请人:中国科学院合肥物质科学研究院