用于量子点敏化太阳能电池的复合对电极的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于太阳能电池领域，更进一步属于太阳能电池中对电极的技术领域，具 体涉及一种用于量子点敏化太阳能电池的金属硫化物复合对电极的制备方法。
【背景技术】
[0002] 随着化石能源的不断消耗及其引起的环境问题的日益严重，再加上人类对能源需 求的持续增长，研究太阳能电池意义重大，势在必行。
[0003] 染料敏化太阳能电池被认为是极具前景的新一代太阳能电池，与染料敏化太阳能 电池相比，量子点敏化太阳能电池具有更高的理论转化效率。相对染料敏化剂，量子点敏化 剂具有诸多优势，如较高的消光系数，能隙可调，并具有多激子效应的潜能。因此，量子点敏 化太阳能电池近年来受到人们的广泛关注。
[0004] 用于量子点敏化太阳能电池的对电极材料主要有贵金属（笛，金）、碳、金属硫化 物H大类。其中笛、金等贵金属对电极催化活性不高且成本较高。碳对电极价格低廉但催 化活性不是最好。金属硫化物对电极因成本较低，具有优良的催化性能而被看好。目前，金 属硫化物对电极的制备主要有利用金属片腐蚀法，在导电玻璃上热蒸锻法，在导电玻璃上 原位的离子层吸附与反应法。金属片腐蚀法获得的对电极不稳定，热蒸锻法对设备要求严 格，原位的离子层吸附与反应法难W在光滑的玻璃基底上获得均匀的硫化物膜。因此，在该
技术领域，需要一种改善金属硫化物对电极的制备并进一步提高金属硫化物的催化效果的 对电极的方法。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺陷，提供一种低成本，且能有效提高 量子点敏化太阳能电池的光电转化效率和稳定性的金属硫化物复合对电极的制备方法。该 对电极的特点在于在导电基底上用电泳法沉积一层多壁碳纳米管，再将液相合成的金属硫 化物用电泳法沉积到上述多壁碳纳米管层上，提高了量子点敏化太阳能电池的光电转换效 率和稳定性。
[0006] 为了实现本发明的目的，采用的技术方案是：
[0007] 用于量子点敏化太阳能电池的复合对电极的制备方法，其特征在于，包括W下步 骤：
[0008] (1)将駿基化的多壁碳纳米管分散在有机溶剂中配成息浮液；
[0009] (2)用电泳法将多壁碳纳米管沉积到导电基底上；
[0010] (3)将液相合成的金属硫化物从合成溶剂中分离，干燥；
[0011] (4)将干燥后的金属硫化物分散在有机溶剂中；
[0012] (5)用电泳法将金属硫化物沉积在有多壁碳纳米管的导电基底上；
[0013] (6)将复合对电极进行热处理。
[0014] 优选地，分散所述多壁碳纳米管的有机溶剂为甲苯或氯仿，且多壁碳纳米管的浓 度为 0. 5-6mg/ml。
[0015] 优选地，所述金属硫化物为化xS(x= 1-2)、CoS、PbS或者NiS中的任意一种，并且 所述金属硫化物在水溶性或油溶性的溶剂中液相合成。
[0016] 优选地，所述金属硫化物在水溶性的溶剂中合成，且所述水溶性的溶剂中添加有 2-5mg/ml的促进分散的油胺。
[0017] 优选地，所述多壁碳纳米管的电泳沉积采用的是恒电压法，电压为100-120V，沉 积时间为3-5min。
[001引优选地，所述导电基底为导电玻璃、不镑钢片、金属铁片、或者导电塑料薄膜中的 任意一种。
[0019] 优选地，所述金属硫化物的浓度为0. 2-3mg/ml，且分散所述金属硫化物的有机溶 剂为体积比为3:2-3 ;4. 5的氯仿与己膳的混合溶剂、或体积比为3:2-3 ;4. 5的甲苯与己膳 的混合溶剂。
[0020] 优选地，所述金属硫化物的电泳沉积采用的是恒电压法，电压为40-60V，沉积时 间为 10-30S。
[0021] 优选地，所述复合对电极的热处理温度不超过15CTC。
[0022] 本发明具有的有益效果：
[0023] (1)本发明操作简单、适用所有液相合成的上述金属硫化物，且金属硫化物的形貌 和尺寸可调，不需要特殊设备和溶剂；操作简单，成本低。
[0024] (2)按照本发明的方法，所获得的复合对电极薄膜的结构连续致密均匀，相邻层之 间结合力强。
[002引 做本发明适用于不同导电基底，可在包括玻璃，金属、塑料等不同的导电基底上 获得均匀的对电极薄膜，且不需高温处理步骤。
[0026] (4)本发明先利用电泳法沉积多壁碳纳米管，再将金属硫化物沉积到多壁碳纳米 管上，由于引入多壁碳纳米管，对电极的催化活性，导电性能和电化学稳定性能提高，进而 提高了量子点敏化太阳能电池的光电转化效率和稳定性。
【附图说明】
[0027] 图1为本发明用于量子点敏化太阳能电池金属硫化物复合对电极的结构示意图； [002引其中，1-金属硫化物、2-多壁碳纳米管、3-导电基底；
[0029] 图2是本发明制备的金属硫化物复合对电极的图片；
[0030] 图3是采用本发明的金属硫化物复合对电极的量子点敏化太阳能电池的光电 流-光电压曲线。
【具体实施方式】
[0031] 下面结合实施例对本发明作进一步描述，但本发明的保护范围不仅仅局限于实施 例。
[0032] 实验组1
[0033] (1)将0. 〇4g駿基化的多壁碳纳米管分散在20ml甲苯中，超声5min。
[0034] 似将两片惨F的Sn化导电玻璃們0)浸入上述多壁碳纳米管的息浮液中，相距 0.5cm，采用恒压120V沉积3min，多壁碳纳米管沉积在FTO上，阴极得到MWCNT/FTO。
[003引（3)在揽拌下将0. 04M硫代己醜胺的水溶液滴加到0. 04M己酸铜的水溶液中，室温 揽拌lOmin，离也得到金属铜硫化物沉淀，己醇洗涂后烘干。
[0036] (4)将0.02g金属铜硫化物分散在20mlH氯甲焼与己膳的混合溶剂（V氯仿/V己 膳=1:1. 5)中，加入 2-5 滴油胺（；0. 04-0.lOg)，超声 5min。
[0037] (5)将FTO连接负极，MWCNT/FT0连接正极，浸入金属铜硫化物的息浮液中，相距 0. 5cm，采用恒压40V沉积30s，金属铜硫化物沉积在MWCNT/FT0上，制得化,S/MWCNT/FT0复 合对电极。
[003引 （6)将复合对电极在100°C加热lOmin。
[0039] 改变多壁碳纳米管或金属铜硫化物的浓度、分散溶剂、电泳沉积的电压和时间，保 持其他步骤和参数不变，制备一系列复合对电极，将制得的复合对电极组装成量子点敏化 太阳能电池进行光电转换效率测试，其中光阳极为采用丝网印刷法制备的纳米二氧化铁多 孔薄膜。量子点敏化剂为连续离子层吸附反应法（SILAR)制备的CdS/CdSe，具体方法可参 照文献"Y. L. Lee, Y. S. Lo, Adv. Rmct. Mater.2009, 19, 604-609"提供的方法，在此不多费 述。电解液为2M硫化轴和2M单质硫的溶液（V胃/V,K= 7:扣。电池编号为1-12,分别作 为本发明的实施例1-实施例12,测试结果如表1所示。从表1看出，在电池编号8的参数 条件下能获得较高的电池转化效率。
[0040] 表1基于不同制备条件的化,S/MWCNT/FT0复合对电极的量子点敏化太阳能电池 的效率
[0041]
【主权项】
1. 用于量子点敏化太阳能电池的复合对电极的制备方法，其特征在于，包括以下步 骤： (1) 将羧基化的多壁碳纳米管分散在有机溶剂中配成悬浮液； (2) 用电泳法将多壁碳纳米管沉积到导电基底上； (3) 将液相合成的金属硫化物从合成溶剂中分离，干燥； (4) 将干燥后的金属硫化物分散在有机溶剂中； (5) 用电泳法将金属硫化物沉积在有多壁碳纳米管的导电基底上； (6) 将复合对电极进行热处理。
2. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，分散所述多壁碳纳米管的有机溶剂 为甲苯或氯仿，且多壁碳纳米管的浓度为〇. 5-6mg/ml。
3. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述金属硫化物为CuxS(x= 1-2)、 CoS、PbS或者NiS中的任意一种，并且所述金属硫化物在水溶性或油溶性的溶剂中液相合 成。
4. 根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述金属硫化物在水溶性的溶剂中 合成，且所述水溶性的溶剂中添加有2-5mg/ml的促进分散的油胺。
5. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述多壁碳纳米管的电泳沉积采用 的是恒电压法，电压为100-120V，沉积时间为3-5min。
6. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述导电基底为导电玻璃、不锈钢 片、金属钛片、或者导电塑料薄膜中的任意一种。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述金属硫化物的浓度为0. 2-3mg/ ml，且分散所述金属硫化物的有机溶剂为体积比为3:2-3 :4. 5的氯仿与乙腈的混合溶剂、 或体积比为3:2-3 :4. 5的甲苯与乙腈的混合溶剂。
8. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述金属硫化物的电泳沉积采用的 是恒电压法，电压为40-60V，沉积时间为10-30s。
9. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述复合对电极的热处理温度不超 过 150°C。
【专利摘要】本发明属于太阳能电池技术领域，具体公开了一种用于量子点敏化太阳能电池的复合对电极的制备方法。包括多壁碳纳米管，金属硫化物和导电基底，制备时，先在导电基底上用电泳法沉积一层多壁碳纳米管，再将液相合成的金属硫化物用电泳法沉积到上述多壁碳纳米管层上制得复合对电极，与光阳极和电解液组成量子点敏化太阳能电池。本发明具有的有益效果：操作简单、不需要特殊设备和溶剂；成本低，且提高了量子点敏化太阳能电池的光电转化效率和稳定性。适合于各种量子点敏化太阳能电池的制作。
【IPC分类】H01G9-042, H01G9-20, H01G9-048
【公开号】CN104701019
【申请号】CN201510141759
【发明人】舒婷
【申请人】湖北科技学院
【公开日】2015年6月10日
【申请日】2015年3月27日