本发明专利技术属于太阳能电池和能源技术领域，特别涉及一种量子点敏化太阳能电池多孔纳米晶Cu2S对电极的制备方法。本发明专利技术以乙酸铜和硫代乙酰胺为前驱体，通过溶剂热反应获得尺寸20～100纳米的硫化亚铜(Cu2S)纳米颗粒，并与乙醇配置成浆料，利用刮涂法、丝网印刷法或旋涂法在导电基体形成5～10微米的Cu2S纳米晶多孔薄膜，在惰性气氛或真空中300～500℃下烧结10～60分钟获得电池电极。本发明专利技术制备的Cu2S纳米多孔对电极，极大增加了对电极与电解液的接触面积，进而增加了Cu2S与电解液的催化反应位点，提高了太阳能电池的性能。另外，本发明专利技术制备工艺简单，成本较低，具有广泛的应用前景和研究价值。
【技术实现步骤摘要】
量子点敏化太阳能电池多孔纳米晶Cu2
本专利技术涉及太阳能电池
，介绍了一种用于量子点敏化太阳能电池的Cu2S 多孔纳米晶对电极的制备方法。
技术介绍
随着不可再生能源的日益枯竭，能源消耗的持续增加，能源问题已经成为全人类 生存与发展的严重挑战。寻找和有效利用新能源是人类进入21世纪必须解决的重大课题。 太阳能作为一种清洁的、取之不尽的能源，是一种良好的选择。目前广泛应用的晶体硅太阳 能电池技术已经发展成熟，获得了超过20%的能量转化效率，但是其成本较高，限制了它的 推广。作为第三代太阳能电池的量子点敏化太阳能电池，由于量子点具有独特的量子限域 效应和多激子激发效应，使得量子点敏化太阳能电池的理论转换效率高达44%。随着纳米 技术的发展和趋向成熟，量子点敏化太阳能电池的性能得到迅速提高，另外考虑到与晶体 硅太阳能电池相比较为低廉的成本，使得其具有良好的发展前景。 量子点敏化太阳能电池为层状结构，从外层的透明导电玻璃向内依次还有纳米晶 多孔半导体薄膜及其吸附于半导体薄膜上的量子点敏化剂、电解质和对电极等几部分。这 种太阳能电池是由有机染料敏化太阳能电池衍生而来，与之不同的是量子点敏化太阳能电 池采用窄禁带宽度的量子点取代有机染料分子作为电子激发的敏化剂。与有机染料相比， 量子点不仅具有多激子激发效应，而且还具有其它优点：（1)光谱吸收范围更广，其带隙可 以根据其尺寸大小来调节；（2)具有比有机染料分子更大的消光系数和光化学稳定性；(3) 具有大的固有偶极矩，利于激发态电子-空穴的分离。电池工作原理：在入射光子的作用 下，量子点中的电子从价带跃迁到导带，激发态的电子快速注入到光阳极导带中，富集并通 过外电路流向对电极，量子点中留下的空穴与电解质中的离子发生氧化还原反应，构成整 个回路。 在量子点敏化电池中，对电极起到电荷传输，闭合回路的作用，对太阳能电池转 换效率起到至关重要的作用。对敏化太阳能电池，采用催化活性很高的金属钼（Pt)电 极作为对电极。但是在量子点敏化太阳能电池中，电解质为为多硫体系，在多硫电解质 中Pt的催化性能较低，限制了电池性能的提高。1980年，Hodes等（HodesG，ManassenJ, CahenD.J.J.Am.Chem.Soc.，1980,127(3) : 544-549)提出CoS、NiS、Cu2S、PbS用作对电极 应用于多硫电解质体系催化中，发现电池开路电压和短路电流均有明显提高，说明它们对 多硫氧化还原对有优异的催化性能。此外，石墨烯作为近年来发展比较快速的材料体系， 被研究较多。但是单一采用石墨烯无法获得良好的催化性能，必须与催化活性很好的材 料复合。2011 年，Radich等（RadichJ.G,DwyerR.，KamatP.V，J.Phys.Chem.Lett.，2011， 2(19) :2453-2460)将Cu2S和氧化石墨烯复合物作为对电极用于CdS/CdSe量子点敏化电 池中，获得了 4. 4%的转化效率以及75%的填充因子的量子点敏化太阳能电池。同年，孟 庆波课题组（中国专利技术专利201110052121. 7)提出了一种电化学沉积的方法制备硫化物 对电极° 2012 年，Yang等（YueyongYang,LifengZhu,HuichengSun,XiaomingHuang. ACSAppl.Mater.Interfaces2012, 4, 6162-6168)以类似于制作TiO2 浆料的方法制备PbS/ 炭黑（carbonblack，CB)浆料然后涂覆在FTO玻璃上，烘干，制成PbS/CB对电极，获得了转 换效率为3. 91%的量子点敏化太阳能电池。2013年，Kalanur等（ShankaraSharanappa Kalanur,SangYounChae,OhShimJoo.ElectrochimicaActal03(2013)91 _ 95)利用水热 法制备了薄层CUl.8S/CuS附着在FTO玻璃上，作为CdS敏化TiO2纳米晶太阳能电池的对电 极，获得了 1.66%的转化效率。 综合上述方法，Cu2S具有较好的催化活性，适合于制备量子点敏化太阳能电池的 对电极，通常采用铜箔制备的Cu2S对电极表面为致密层型，比表面积小，因此催化位点偏 低，限制了电池性能的提高。Cu2S与石墨烯、炭黑等复合对电极，会存在颗粒与颗粒之间、颗 粒与导电基体之间结合不够紧密，电荷损失较大等缺点。为解决这些问题，需要制备一种稳 定性能好、催化性能高、比表面积大的对电极材料。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种量子点敏化太阳能电池多孔纳米晶Cu2S对电极的制备 方法，本专利技术制备的Cu2Sm米多孔对电极，极大增加了对电极与电解液的接触面积，进而增 加了Cu2S与电解液的催化反应位点，提高了太阳能电池的性能。另外，本专利技术制备工艺简 单，成本较低，具有广泛的应用前景和研究价值。 该方法以乙酸铜和硫代乙酰胺为前驱体，通过溶剂热反应获得尺寸20?100纳米 的硫化亚铜（Cu2S)纳米颗粒，并与乙醇配置成浆料，利用刮涂法、丝网印刷法或旋涂法在 导电基体形成5?10微米的Cu2S纳米晶多孔薄膜，在惰性气氛或真空中300?500°C下烧 结10?60分钟获得电池电极。具体步骤如下： a)将导电基底依次用去离子水、无水乙醇分别超声清洗5?15分钟，然后烘干； b)将乙酸铜，硫代乙酰胺分别溶解于一缩二乙二醇中，配置成浓度为0. 02?0. 04 摩尔浓度的乙酸铜溶液和〇. 03?0. 05摩尔浓度的硫代乙酰胺溶液，两种溶液按照体积比 1:1混合均匀，然后在160?180°C油浴条件下反应2?3小时，离心、洗涤、干燥，获得20? 100纳米的Cu2S颗粒； C)将Cu2S颗粒与乙醇按2:1?1:2质量比制备浆料； d)采用刮涂法、丝网印刷法或旋涂法将上述浆料均匀涂覆在导电基底上，然后在 保护气氛或真空中350?450°C下烧结30?60分钟，获得电极薄膜。 本专利技术所述的导电基底为掺F的二氧化锡薄膜玻璃（FTO)、掺Sn的氧化铟（ITO)、 铜箔或铝箔。 本专利技术方法的优点 1、本专利技术为多孔纳米晶薄膜，Cu2S对电极的比表面积大，进而增加了对电极与电 解液的接触面，催化活性位点增多，从而收集更多的电子，促使电子将电解液中的氧化性物 质高效率的还原成还原性物质，促进量子点的还原再生。 2、通过烧结形成相互连通的多孔纳米晶薄膜，解决了一般复合粉体薄膜连接性不 好的缺点，从而提高了电子传输效率，并减少电子复合损耗。 3、本专利技术制备的多孔纳米晶薄膜性能稳定、工艺简单、成本低、可工业化生产。 【附图说明】 图1是制备的Cu2S纳米颗粒的扫描电子显微镜照片； 图2是刮膜烧结后Cu2S多孔纳米晶薄膜表面的扫描电子显微镜照片； 图3是刮膜烧结后Cu2S多孔纳米晶薄膜横截面的扫描电子显微镜照片； 图4是用本专利技术制备的Cu2S多孔纳米晶薄膜对电极组装成的量子点敏化太阳能 电池的电流-电压特性曲线图。 实施例1 将导电基底依次用去离子水、无水乙醇分别超声清洗15分钟，然后烘干；将本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种量子点敏化太阳能电池多孔纳米晶Cu2S对电极的制备方法，其特征在于：以乙酸铜和硫代乙酰胺为前驱体，通过溶剂热反应获得尺寸20～100纳米的Cu2S纳米颗粒，并与乙醇配置成浆料，利用刮涂法、丝网印刷法或旋涂法在导电基体形成5～10微米的Cu2S纳米晶多孔薄膜，在惰性气氛或真空中300～500℃下烧结10～60分钟获得电池电极。
【技术特征摘要】
1. 一种量子点敏化太阳能电池多孔纳米晶Cu2S对电极的制备方法，其特征在于：以乙 酸铜和硫代乙酰胺为前驱体，通过溶剂热反应获得尺寸20?100纳米的Cu2S纳米颗粒，并 与乙醇配置成浆料，利用刮涂法、丝网印刷法或旋涂法在导电基体形成5?10微米的Cu2S 纳米晶多孔薄膜，在惰性气氛或真空中300?500°C下烧结10?60分钟获得电池电极。2. 根据权利要求1所述量子点敏化太阳能电池多孔纳米晶Cu2S对电极的制备方法，其 特征在于：具体制备步骤如下： a) 将导电基底依次用去离子水、无水乙醇分别超声清洗5?15分钟，然后烘干； b) 将乙酸铜，硫代乙酰胺分别溶解于一缩二乙二醇中，配置成浓度为0. 02?0. ...
【专利技术属性】
技术研发人员：田建军，刘晓光，吕丽丽，沈婷，李波，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：北京;11
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