染料敏化太阳能电池三维花状CoS分级结构对电极的制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种染料敏化太阳能电池三维花状CoS分级结构对电极的制备方法，步骤如下：将CoCl2·6H2O和L-cysteine分别溶解于去离子水中，搅拌后将二者混合，形成混合溶液A；向混合溶液A中滴加乙二胺，得到混合溶液B；将混合溶液B转移到带有聚四氟内衬的不锈钢反应釜进行反应，自然冷却至室温，过滤，洗涤，真空干燥得到产品。本发明制备的三维花状CoS分级结构是由纳米级片状结构组成的三维微米级结构，这种结构结合了纳米材料与微米材料的优点，避免电池使用过程中导致的纳米粒子团聚现象，有利于提高电池效率和增大电极/电解液的接触面积，缩短离子的扩散路径，提高电极材料的催化活性。
【专利说明】染料敏化太阳能电池三维花状CoS分级结构对电极的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于纳米材料制备技术和能源领域，涉及一种染料敏化太阳能电池对电极材料的制备方法。
【背景技术】
[0002]在人们发现的可再生能源中，太阳能以其运行可靠、对环境无污染等优点自然成为人类的理想能源。同时，太阳提供给地球的能量是巨大的，每年达到3X 1024J，相当于目前全球每年消耗能量的10000倍。也就是说，只要将地球表面的0.1 %用转化效率10%的太阳能电池覆盖就能满足目前的能量需求。1991年，Grdtzel M.于《Nature》上发表了关于染料敏化纳米晶体太阳能电池的文章以较低的成本得到了> 7%的光电转化效率，开辟了太阳能电池发展史上一个崭新的时代，为利用太阳能提供了一条新的途径，受到国内外科学家的普遍重视。染料敏化太阳能电池(简称DSSC)主要由纳米多孔半导体薄膜、染料敏化剂、氧化还原电解质、对电极和导电基底等几部分组成。对电极作为还原催化剂，它通过收集外电路中的电子将电解质中的V还原成I-，通常在带有透明导电膜的玻璃上镀钼作为染料敏化太阳能电池对电极。Pt电极具有抗腐蚀性、催化活性高等特点，但是钼作为稀有金属价格昂贵，成本较高，不适合大规模应用。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是为了解决现有染料敏化太阳能电池对电极材料价格昂贵、不适合大规模应用的问题，提供了一种染料敏化太阳能电池新型对电极材料三维花状CoS分级结构的制备方法。
[0004]本发明的目的是通过以下技术方案实现的:
[0005]一种染料敏化太阳能电池新型对电极材料三维花状CoS分级结构的制备方法，包括以下步骤:
[0006]步骤一:将CoCl2.6H2O和L-cysteine分别溶解于去离子水中，搅拌15-20分钟后将二者混合，控制CoCl2.6H20和L-cysteine的摩尔比为1: 3，继续搅拌5_10分钟，形成混合溶液A ；
[0007]步骤二:在快速搅拌条件下向混合溶液A中滴加乙二胺(AR)，控制混合溶液A与乙二胺的体积比为5: 1，滴加完毕后密封，继续搅拌30-35分钟得到混合溶液B ；
[0008]步骤三:将混合溶液B转移到100mL带有聚四氟内衬的不锈钢反应釜，160°C反应4-12小时，自然冷却至室温，过滤，用去离子水和乙醇分别洗三次，60°C条件真空干燥12h得到产品。
[0009]上述方法中，所述硫源为生物分子L-cysteine，钴源为氯化钴。
[0010]上述方法中，所述有机小分子为乙二胺，而且要在快速搅拌下滴加，滴加速度5ml/秒。[0011]上述方法中，所述反应在160°C，水热条件下进行。
[0012]本发明的原理是采用生物分子l-cysteine、有机小分子乙二胺、氯化钴作为反应试剂，利用l-cysteine及乙二胺的配位作用诱导纳米片的形成，再通过分子间氢键作用使纳米片堆积呈花状。在反应中l-cysteine中的巯基与钴离子形成配位键，随着温度升高，-H-S键断裂，CoS生成，避免了有毒气体H2S的产生。
[0013]反应过程如下:
[0014]
【权利要求】
1.一种染料敏化太阳能电池三维花状CoS分级结构对电极的制备方法，其特征在于所述方法步骤如下: 步骤一:将CoCl2.6Η20和L-cysteine分别溶解于去离子水中，搅拌15-20分钟后将二者混合,继续搅拌5-10分钟，形成混合溶液A ； 步骤二:在快速搅拌条件下向混合溶液A中滴加乙二胺，滴加完毕后密封，继续搅拌30-35分钟得到混合溶液B ； 步骤三:将混合溶液B转移到100mL带有聚四氟内衬的不锈钢反应釜，160°C反应4_12小时，自然冷却至室温，过滤，用去离子水和乙醇分别洗涤，真空干燥得到产品。
2.根据权利要求1所述的染料敏化太阳能电池三维花状CoS分级结构对电极的制备方法，其特征在于所述CoCl2.6H20和L-cysteine的摩尔比为1:3。
3.根据权利要求1所述的染料敏化太阳能电池三维花状CoS分级结构对电极的制备方法，其特征在于所述混合溶液A与乙二胺的体积比为5: I。
4.根据权利要求1所述的染料敏化太阳能电池三维花状CoS分级结构对电极的制备方法，其特征在于所述乙二胺的滴加速度为5ml/秒。
5.根据权 利要求1所述的染料敏化太阳能电池三维花状CoS分级结构对电极的制备方法，其特征在于所述真空干燥温度为60°C，真空干燥时间为12h。
【文档编号】B82Y40/00GK104016419SQ201410264777
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2014年6月14日 优先权日:2014年6月14日
【发明者】孙克宁, 孙丽娟, 白羽, 高艳男 申请人:哈尔滨工业大学