染料敏化太阳能电池XS（X=Co、Ni）对电极的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种染料敏化太阳能电池XS（X=Co、Ni）对电极的制备方法，其步骤如下：将X(CH3COO)2`4H2O（X=Co、Ni）和硫脲溶解于氨水和乙醇的混合溶液中；将FTO导电玻璃清洗干净后成50°置于带有聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，导电面向下；将混合溶液转移到反应釜中进行溶剂热反应。反应结束后，取出导电玻璃，用乙醇清洗烘干，即得到XS（X=Co、Ni）对电极。本发明专利技术公开的XS（X=Co、Ni）对电极的制备方法简单，制备周期短，可进行快速大面积制备；同时，制备的对电极界面电荷转移电阻小、催化活性高，薄膜具有透光性，极为有效地提升了染料敏化太阳能电池的光电转换效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术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。
技术介绍
随着全球人口的持续增长，人们对能源的依赖性逐渐加深，导致能源枯竭以及环境污染等一系列问题出现，因此开发可再生的清洁能源是缓解世界能源危机和环境压力的重要途径和措施之一。太阳能相比其水力、风能、地热能等可再生能源，是取之不尽，用之不竭的。且获取方便，清洁无污染，其运用不受地域限制，利用成本相对较低。目前研究和应用最广泛的太阳能电池是硅基太阳能电池，但硅基太阳能电池的制作工艺复杂，制作成本高，且转换效率已接近理论极限值，进一步发展空间有限。因此急需开发成本低的太阳能电池。染料敏化太阳能电池主要是由光阳极、电解质和对电极组成。其中，对电极作为电池的正极，主要有以下作用：（1）收集和输运电子（接收电池外回路的电子并把它传递给电解质中的氧化还原电对)；（2）吸附电解质并催化I3−的还原；（3）增加透过光，从而提高太阳光的利用率。目前，染料敏化太阳能电池对电极材料一般采用溅射和热分解方法制备的Pt电极，因为该材料具有高的电催化活性、高电导率以及高的稳定性等优点。但是由于Pt属于贵金属，极大的提高了电池的制备成本，并且采用溅射和热分解制备的Pt电极的方法属于高耗能工艺，阻碍了染料敏化太阳能电池的产业化进展。寻求低成本的对电极材料日益受到人们的关注。同时，过渡金属硫化物具有优异的光学性能、电学性能以及催化性能，从而在染料敏化太阳能电池领域引起研究者的注意。其中，本专利技术提供的一步溶剂热法对电极制备工艺简单，且能用同一种工艺制备两种不同对电极，制备工艺简单、成本低廉，所制备的对电极电催化活性高，有透光性，有效地提升了染料敏化太阳能电池的光电转换效率。
技术实现思路
本专利技术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XS（X=Co、Ni）对电极一步溶剂热的制备方法。本专利技术是通过以下技术方案实现的：配制摩尔量配比为X(CH3COO)2·4H2O（X=Co、Ni）：硫脲为1：（1~3.0），且氨水与乙醇体积比为（1/10~10）的混合溶液，将其倒入反应釜中，将FTO导电玻璃放入反应釜中(导电面向下)，在120℃~220℃下，反应8~24小时，将所得FTO试样用乙醇冲洗，干燥得到对电极。本专利技术提供一种染料敏化太阳能电池XS（X=Co、Ni）对电极的一步溶剂热制备方法。该方法操作简单，制备工艺简单、成本低廉、所制备的对电极电催化活性高，有透光性，有效地提升了染料敏化太阳能电池的光电转换效率。本专利技术基于一些金属离子的两性(酸碱性)属性，溶液PH值由酸性到碱性的演变过程中，相应的金属盐会溶解、沉淀、溶解。基于此，在水热反应中，调控反应原液的PH值，会影响水热反应中目标物质的行核结晶析出及其物相形貌的变化和性能。本专利技术的提出就是将钴、镍的醋酸盐在碱性环境下（通过氨水调控）配成溶液，在高温的水热反应中通过硫脲的水解释放氢离子，降低PH值，同时也释放S2-离子与钴、镍离子在合适的PH值下形成钴、镍的硫化物，并形成具有不同形貌和性能的硫化物。附图说明图1为实施例1、2中CoS、NiS对电极和Pt对电极的J-V曲线。图2为实施例1中的CoS的透光性附图。图3为实施例2中的NiS的透光性附图。图4为实施例3中的CoS对电极和Pt对电极的J-V曲线。图5为实施例4中的CoS对电极和Pt对电极的J-V曲线。图6为实施例4中的CoS的SEM附图。图7为实施例4中的CoS的SEM附图。图8为实施例4中的CoS的SEM附图。图9为实施例5中的NiS对电极和Pt对电极的J-V曲线。图10为实施例5中的NiS的SEM附图。图11为实施例5中的NiS的SEM附图。图12为实施例5中的NiS的SEM附图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本专利技术技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本专利技术技术方案的思想和范围，均应涵盖在本专利技术的保护范围中。实施例1溶剂热条件为180℃反应18小时所制备的CoS对电极配制摩尔量配比为四水醋酸钴：硫脲为1：1.5，且氨水与乙醇体积比为5:2的混合溶液，将其倒入反应釜中，将FTO导电玻璃放入反应釜中(导电面向下)，在180℃下反应18小时，将所得FTO试样用乙醇冲洗，干燥得到对电极。TiO2光阳极的制备与电池性能测试：染料敏化太阳能电池光阳极通过涂覆法制备二氧化钛纳米晶薄膜，二氧化钛浆料由水热合成制得（参见S.Ito,T.Murakami,P.Comte,P.Liska,C.Grätzel,M.Nazeeruddin,M.Grätzel,ThinSolidFilms,516(2008)4613-4619）。用N719敏化电池光阳极，并滴加氧化还原电解质于该电极上，氧化还原电解质的组成为：0.1M1-propy-3-methylimidazoliumiodide(1-丙基-3-甲基咪唑碘),0.05MLiI,0.1MGNCS,0.03MI2,0.5M4-tert-butylpridine(4-叔丁基吡啶)，溶剂为碳酸丙烯脂与乙腈的混合溶液（体积比为1:1）。用本专利技术制备的硫化物对电极组装成染料敏化太阳能电池，测试性能。在室温下，使用1000W模拟太阳光光源氙灯（Oriel91192,USA），辐照强度为100W/cm2，电化学工作站等仪器，遮光板受光照面积为0.25cm2，对所得对电极进行组装而成的染料敏化太阳能电池进行性能测试，所得的J-V曲线如图1所示，其转换效率达到6.52%，高于Pt对电极的转换效率6.44%。透光性如图2所示。实施例2溶剂热条件为180℃反应18小时所制备的NiS对电极配制摩尔量配比为四水醋酸镍：硫脲为1：1.5，且氨水与乙醇体积比为1:6的混合溶液，将其倒入反应釜中，将FTO导电玻璃放入反应釜中(导电面向下)，在180℃下反应18小时，将所得FTO试样用乙醇冲洗，干燥得到对电极。TiO2光阳极的制备与电池性能测试方法和步骤同实例一中相同。对所得样品作为对电极进行组装而成的染料敏化太阳能电池进行性能测试所得的J-V曲线如图1所示。由此可得知，其转换效率达到6.79%，高于Pt对电极的转换效率6.44%。透光性如图3所示。实施例3摩尔配比为四水醋酸钴：硫脲为1：1.所制备的CoS对电极配制摩尔量配比为四水醋酸钴：硫脲为1：1，且氨水与乙醇体积比为4:3的混合溶液，将其倒入反应釜中，将FTO导电玻璃放入反应釜中(导电面向下)，在180℃，反应18小时，将所得FTO试样用乙醇冲洗，干燥得到对电极。TiO2光阳极的制备与电池性能测试方法和步骤同实例一中相同。对所得样品作为对电极进行组装而成的染料敏化太阳能电池进行性能测试所得的J-V曲线如图4所示。由此可得知，其转换效率达到6.35%，约等于Pt对电极的转换效率6.39%。实施例4氨水与乙醇体积比为5:2，反应12小时所制备的CoS对电极配制摩尔量配比为四水醋酸钴：硫脲为1:1.5，且氨水与乙醇体积比为5:2的混合溶液，将其倒入反应釜中，将FTO导电玻璃放入反应釜中(导电面向下)，在180℃下，反应12小时，将所得FTO试样用乙醇冲洗，干燥得到对电极。本文档来自技高网...

【技术保护点】
染料敏化太阳能电池XS（X=Co、Ni）对电极的制备方法，其特征要于，所述方法步骤如下：步骤一：将X(CH3COO)2·4H2O (X=Co、Ni）、硫脲依次溶解在氨水和乙醇的混合溶液中，搅拌30min，形成均匀的混合溶液；步骤二：将清洗干净的FTO导电玻璃以45°角斜置于带有聚四氟内衬的50ml不锈钢反应釜中，且导电面向下；步骤三：将混合溶液转移到上述反应釜中，控制反应温度为120℃~220℃条件下、反应时间8~24小时，自然冷却至室温，取出置于内部的FTO导电玻璃，用乙醇洗涤，干燥得到对电极。

【技术特征摘要】
1.染料敏化太阳能电池XS（X=Co、Ni）对电极的制备方法，其特征要于，所述方法步骤如下：步骤一：将X(CH3COO)2·4H2O(X=Co、Ni）、硫脲依次溶解在氨水和乙醇的混合溶液中，搅拌30min，形成均匀的混合溶液；步骤二：将清洗干净的FTO导电玻璃以45°角斜置于带有聚四氟内衬的50ml不锈钢反应釜中，且导电面向下；步骤三：将混合溶液转移到上...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙小华，汪佳丽，陈琳琳，鲍潮，郑琳杰，
申请(专利权)人：三峡大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42