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

本发明专利技术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。本发明专利技术具有的有益效果：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。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术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
，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。
技术介绍
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。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。用于量子点敏化太阳能电池的对电极材料主要有贵金属(铂，金)、碳、金属硫化物三大类。其中铂、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，在导电玻璃上热蒸镀法，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，热蒸镀法对设备要求严格，原位的离子层吸附与反应法难以在光滑的玻璃基底上获得均匀的硫化物膜。因此，在该
，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。
技术实现思路
本专利技术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。为了实现本专利技术的目的，采用的技术方案是：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。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。优选地，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。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。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。优选地，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。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。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。优选地，所述复合对电极的热处理温度不超过150℃。本专利技术具有的有益效果：(1)本专利技术操作简单、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。(2)按照本专利技术的方法，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。(3)本专利技术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。(4)本专利技术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。附图说明图1为本专利技术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；其中，1-金属硫化物、2-多壁碳纳米管、3-导电基底；图2是本专利技术制备的金属硫化物复合对电极的图片；图3是采用本专利技术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。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作进一步描述，但本专利技术的保护范围不仅仅局限于实施例。实验组1(1)将0.04g羧基化的多壁碳纳米管分散在20ml甲苯中，超声5min。(2)将两片掺F的SnO2导电玻璃(FTO)浸入上述多壁碳纳米管的悬浮液中，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。(3)在搅拌下将0.04M硫代乙酰胺的水溶液滴加到0.04M乙酸铜的水溶液中，室温搅拌10min，离心得到金属铜硫化物沉淀，乙醇洗涤后烘干。(4)将0.02g金属铜硫化物分散在20ml三氯甲烷与乙腈的混合溶剂(V氯仿/V乙腈＝1:1.5)中，加入2-5滴油胺(0.04-0.10g)，超声5min。(5)将FTO连接负极,MWCNT/FTO连接正极,浸入金属铜硫化物的悬浮液中，相距0.5cm，采用恒压40V沉积30s，金属铜硫化物沉积在MWCNT/FTO上，制得CuxS/MWCNT/FTO复合对电极。(6)将复合对电极在100℃加热10min。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钛多孔薄膜。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.Funct.Mater.2009,19,604-609”提供的方法，在此不多赘述。电解液为2M硫化钠和2M单质硫的溶液(V甲醇/V水＝7:3)。电池编号为1-12，分别作为本专利技术的实施例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。表1基于不同制备条件的CuxS/MWCNT/FTO复合对电极的量子点敏化太阳能电池的效率实验组2选用电池编号8的参数条件，参照实验组1,将步骤(3)中的乙酸铜分别<本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。

【技术特征摘要】
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0.5-6mg/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...

【专利技术属性】
技术研发人员：舒婷，
申请(专利权)人：湖北科技学院，
类型：发明
国别省市：湖北;42