本发明专利技术公开了一种多级氧化铟锡纳米线阵列复合材料的制备方法与在太阳能电池中的应用。多级氧化铟锡纳米线阵列复合材料包括生长在导电基底上的包裹有Cu2S壳层的多级氧化铟锡纳米线阵列。该制备方法步骤如下：(1)以金纳米颗粒为催化剂，通过化学气相沉积法，在导电基底上按级数依次沉积生长氧化铟锡纳米线；(2)通过1)-3)中任一方法在纳米线阵列上包覆Cu2S壳层：1)化学浴沉积法，包覆CdS壳层；然后用离子交换法，将CdS壳层转化成Cu2S壳层；2)连续离子层吸附法包覆；3)磁控溅射法包覆；(3)在惰性气氛下，经煅烧即得。本发明专利技术制备的Cu2S@ITO-X纳米线阵列作为对电极材料，其组装的太阳能电池性能明显优于贵金属Pt或Au及过渡金属硫属化合物作为对电极材料的太阳能电池。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种多级氧化铟锡纳米线阵列复合材料的制备方法与在太阳能电池中的应用。多级氧化铟锡纳米线阵列复合材料包括生长在导电基底上的包裹有Cu2S壳层的多级氧化铟锡纳米线阵列。该制备方法步骤如下：(1)以金纳米颗粒为催化剂，通过化学气相沉积法，在导电基底上按级数依次沉积生长氧化铟锡纳米线；(2)通过1)-3)中任一方法在纳米线阵列上包覆Cu2S壳层：1)化学浴沉积法，包覆CdS壳层；然后用离子交换法，将CdS壳层转化成Cu2S壳层；2)连续离子层吸附法包覆；3)磁控溅射法包覆；(3)在惰性气氛下，经煅烧即得。本专利技术制备的Cu2S@ITO-X纳米线阵列作为对电极材料，其组装的太阳能电池性能明显优于贵金属Pt或Au及过渡金属硫属化合物作为对电极材料的太阳能电池。【专利说明】一种多级氧化铟锡纳米线阵列复合材料及其制备方法与在 太阳能电池中的应用
本专利技术涉及一种多级氧化铟锡纳米线阵列复合材料及其制备方法与在太阳能电 池中的应用，属于太阳能
。
技术介绍
太阳能作为一种清洁的可再生能源受到人们的广泛关注，作为光电转换器件的太 阳能电池也得到了广泛的研究。作为最早市场化的太阳能电池，到目前为止硅基太阳能电 池凭借其高的光电转化效率及稳定性，仍然占据了绝大部分市场份额，但受到生产工艺的 限制，硅基太阳能电池的生产成本过高，无法和传统的化石能源媲美。因此，新的太阳能电 池结构及低成本的生产工艺成为太阳能电池研究的重点。 光敏材料的合成方法中的液相法具有无需高真空设备及高温制备过程，可以显著 降低材料的生产成本，其中量子点敏化太阳能电池作为一种光敏材料为液相法合成的太阳 能电池，在结构上借鉴了染料敏化太阳能电池的同时，以无机半导体量子点作为吸光材料 代替有机染料分子，不仅可显著降低生产成本，同时凭借无机量子点的量子尺寸效应以及 多电子激发效应，使其理论光电转换效率从31 %提高到44%，成为一类非常具有商业化前 景的太阳能电池类型。目前的研究表明，量子点敏化太阳能电池中对电极催化多硫电解质 发生还原反应能力的不足，是制约电池光电转化效率提升的重要因素之一，从电池性能曲 线上反应为填充因子较低。初期用于量子点敏化太阳能电池的对电极材料为贵金属Pt或 Au催化剂，贵金属催化剂的使用不仅极大的增加了量子点敏化太阳能电池的成产成本，其 催化性能也不理想。随后对电极的研究转而采用以过渡金属硫属化合物为代表的非贵金属 催化剂，包括Cu2S、PbS、CoS、NiS以及四元化合物Cu 2ZnSnS4、Cu2ZnSnSe4等。由于该类电极 催化剂催化多硫电解质发生还原反应的能力更强，因而表现出比贵金属催化剂更好的催化 性能。通过电化学阻抗谱的研究以Cu 2S为例发现，处于工作状态的电池对电极材料和电解 质（固液界面）之间的电阻发生了明显的下降，达到和CT0玻璃与Cu 2S(固固界面）之间 以及CT0玻璃自身的面电阻相当的水平，使得后两者同样可以明显的影响对电极处电荷的 转移，从而影响电池的光电转化效率。因此，如何平衡三种电阻之间的关系来提高对电极材 料的催化性能进而得到高效的量子点敏化太阳能电池仍然存在着很大的挑战。 因此，提供一种简单、低成本的对电极材料及其制备技术，并高效、稳定地用于量 子点敏化太阳能电池具有十分重要的意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种多级氧化铟锡纳米线阵列复合材料的制备方法与在太 阳能电池中的应用。 本专利技术提供了一种多级氧化铟锡纳米线阵列（Cu2S@IT〇-X)复合材料，其包括生长 在导电基底上的多级氧化铟锡纳米线阵列，所述多级氧化铟锡纳米线阵列上包裹有硫化亚 铜壳层。 上述的复合材料中，所述多级氧化铟锡纳米线阵列的级数可为1?5级，具体可为 1?4级、1级、2级、3级或4级； 所述多级氧化铟锡纳米线阵列每级的长度可为1微米?30微米，具体可为5微 米?10微米、5微米或10微米，直径可为50纳米?300纳米，具体可为100纳米?120纳 米、100纳米或120纳米。 本专利技术中所述"多级"指的是在初始沉积的氧化铟锡纳米线阵列上依次沉积氧化 铟锡纳米线阵列的次数。 本专利技术中所述"氧化铟锡纳米线阵列"是一种无序结构的纳米线阵列。 所述硫化亚铜壳层的厚度可为5纳米?100纳米，具体可为30?60纳米或50纳 米； 所述导电基底可为氧化铟锡玻璃（ΙΤ0)或氟掺杂氧化锡玻璃（FT0)。 本专利技术还提供了所述复合材料的制备方法，包括如下步骤： (1)以金纳米颗粒为催化剂，通过化学气相沉积法，在所述导电基底上按级数依次 沉积生长氧化铟锡纳米线，即得所述多级氧化铟锡纳米线阵列； (2)通过下述1)_3)中任一种所述方法在所述多级氧化铟锡纳米线阵列上包覆 Cu2S壳层： 1)通过化学浴沉积（CVD)法，在所述多级氧化铟锡纳米线阵列上包覆CdS壳层； 然后通过离子交换法，将所述CdS壳层转化成Cu 2S壳层； 2)通过连续离子层吸附（SILAR)法，在所述多级氧化铟锡纳米线阵列上包覆Cu2S 壳层； 3)通过磁控溅射法，在所述多级氧化铟锡纳米线阵列上包覆Cu2S壳层； ⑶在惰性气氛下，经煅烧即得所述复合材料。 上述的制备方法，步骤（1)中，所述金纳米颗粒的粒径可为2?10纳米，具体可为 5纳米； 生长所述多级氧化铟锡纳米线阵列所用的铟源可为金属铟和/或氧化铟； 生长所述氧化铟锡纳米线阵列所用的锡源可为金属锡和/或氧化锡； 所述铟源与所述锡源的摩尔比可为1?30 :1，具体可为10 :1。 上述的制备方法，步骤（1)中，将生长所述多级氧化铟锡纳米线阵列所用的铟源 和锡源在600?1000°C的条件下加热成气态，加热时间可为5?120分钟，如在800°C下进 行加热10分钟或15分钟； 所述多级氧化铟锡纳米线阵列的生长过程在沉积区进行，所述沉积区的温度可为 300?550°C，生长时间可为5?120分钟，如在400°C的条件下生长10分钟或在400°C的 条件下生长15分钟。 上述的制备方法，步骤（2)1)中， 所述化学浴沉积法使用的镉盐可为乙酸镉、氯化镉、硫酸镉和硝酸镉中至少一种， 具体可为硫酸镉； 所述化学浴沉积法使用的硫盐可为硫粉、硫脲、氨基硫脲和硫代乙酰胺中至少一 种，具体可为硫脲； 所述化学浴沉积法的温度可为0?100°C，时间可为0. 1?8小时，具体可在65°C 的条件下沉积11分钟； 所述离子交换法包括如下步骤： 将得到的包覆CdS壳层的多级氧化铟锡纳米线阵列转移至铜盐的水溶液中，经离 子交换反应，即将所述CdS壳层转化成Cu 2S壳层； 所述铜盐可为乙酸亚铜、氯化亚铜和硫酸亚铜中至少一种，具体可为氯化亚铜； 所述离子交换反应的温度可为5?90°C，时间可为0. 5?60分钟，具体可在50°C 的条件下交换30分钟； 上述的制备方法，步骤（2) 2)中， 所述连续离子层吸附法包括如下步骤： 将所述多级氧化铟锡纳米线阵列转移至铜盐和硫盐的混合水溶液中，经连续离子 层吸附，即在所述多级氧化铟锡纳米线阵列上包覆Cu 2本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种多级氧化铟锡纳米线阵列复合材料，其包括生长在导电基底上的多级氧化铟锡纳米线阵列，所述多级氧化铟锡纳米线阵列上包裹有硫化亚铜壳层。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：胡劲松，姜岩，宋卫国，
申请(专利权)人：中国科学院化学研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11
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