一种太阳能电池Cu2S/FTO对电极及其电化学沉积制备方法技术

一种利用电化学沉积法制备太阳能电池Cu2S/FTO对电极的方法，属于太阳能电池技术领域。其首先是配制电解液，采用三电极体系，在FTO上用恒电位法进行电化学沉积Cu，然后再在多硫化物溶液中对沉积Cu的FTO进行硫化，从而得到Cu2S/FTO对电极；电解液为0.03～0.05mol/L CuCl2、6.6×10-3～1.3×10-2mol/L硫脲和0.3～0.5mol/L乳酸混合，pH值为5.0～7.0的缓冲体系；多硫化物溶液为0.5～1M Na2S·9H2O、0.5～1M S和0.05～0.1M KCl的甲醇溶液。本发明专利技术制备工艺简单，成本低，为制备QDSCs的对电极提供一种可靠的制备方案，并且解决了Cu2S/Cu对电极机械稳定性和电解液泄露的问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于太阳能电池
，具体涉及一种太阳能电池Cu2S/FTO对电极及其电化学沉积制备方法。
技术介绍
随着人类对化石燃料的消耗，环境问题和能源问题日益突出，开发新能源是有效的解决途径。太阳能是理想的新能源之一，而能将太阳能转化为电能的太阳能电池是最为可行、有效的光电直接转化的形式。量子点敏化太阳能电池(QDSCs)是第三代太阳能电池的其中一类，由于其成本低，理论转化效率高，因此在学术领域和工业领域均备受关注。自1998年，Nozik等首次提出了量子点敏化太阳能电池的概念，在此后的几十年中，对QDSCs的研究越来越多，至今QDSCs的最高光电转化效率达到了8.21％，成为最有前景的光伏发电发展方向之一。对于QDSCs的研究包括氧化物薄膜结构，量子点的研发、设计和优化等方面的研究。除此之外，QDSCs的电解质和对电极的研究对提高太阳能电池的性能的至关重要。对电极的主要作用是收集光阳极从外电路传输过来的电子和催化电极上的氧化还原电对再生以维持电池正常工作，因此理想的对电极材料必须对氧化还原电对有很好的催化活性且在电解质溶液环境中能稳定存在。目前QDSCs最常用的电解液为S2-/Sn2-多硫电解质，也有少数使用Co2+/Co3+基或其它电解质，而S2-/Sn2-多硫电解液也是QDSCs的最理想电解液。在DSSCs中通常被用作对电极的Pt电极，在I﹣/I3﹣电解液中有比较好的催化活性和稳定性，但是在S2-/Sn2-电解液中Pt容易“中毒”而降低催化活性，导致QDSCs的填充因子普遍较低，光电转换效率(PCE)也普遍很低。为解决上述问题，人们对各种非铂材料进行了研究，主要为硫化物材料包括Cu2S、CoS、PbS，以及其他材料，如Cu2ZnSnS4、TiC、各种羰基材料(纳米碳管、纳米碳球、纳米炭黑、多孔碳球)和各种导电聚合物材料等。其中Cu2S由于其较优的催化活性和稳定性而成为目前QDSCs中应用最为广泛的对电极。目前制备Cu2S对电极的常用方法是以黄铜片为原材料，先用浓盐酸对黄铜片在70℃条件下进行预处理，然后用多硫电解质溶液硫化的方法，得到Cu2S/Cu对电极(BingGao,ChaoShen,ShuanglongYuanetal.Influenceofnanocrystalsizeonthequantumdotssensitizedsolarcells’performancewithlowtemperaturesynthesizedCdSequantumdots[J].JournalofAlloysandCompounds,2014,612:323-329.)。然而这种原位制备法在硫化的过程中容易对铜基也造成腐蚀，引起电极的机械稳定性差和电解质溶液泄露等问题。为了克服Cu2S/Cu对电极的缺点，人们对其他制备Cu2S对电极的方法进行了研究。包括用丝网印刷的方法将制备好的Cu2S纳米粒子和导电碳涂在FTO上(DengM.H.,HuangS.Q.,ZhangQ.X.etal.Screen-printedCu2S-basedCounterElectrodeforQuantum-dot-sensitizedSolarCell.Chem.Lett.2010,39,1168-1170.)或制备Cu2S和氧化石墨烯复合材料作为对电极(RadichJ.G.,DwyerR.,Kamat,P.V.Cu2SReducedGrapheneOxideCompositeforHigh-EfficiencyQuantumDotSolarCells.OvercomingtheRedoxLimitationsofS2-/Sn2-attheCounterElectrode.J.Phys.Chem.Lett.2011,2,2453-2460.)，但是以此对电极组装的太阳能电池性能还是不及以Cu2S/Cu为对电极组装的太阳电池。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服
技术介绍
中对电极材料存在的不足，解决Cu2S/Cu对电极机械稳定性差和电解液泄露等问题，提供一种制备工艺简单、成本低的电化学沉积制备Cu2S/FTO对电极的方法及该方法制备的太阳能电池Cu2S/FTO对电极。本专利技术所述的一种电化学沉积制备Cu2S/FTO对电极的方法，其首先是配制电解液，采用三电极体系，在FTO上用恒电位法进行电化学沉积Cu，然后再在多硫化物溶液中对沉积Cu的FTO进行硫化，从而得到Cu2S/FTO对电极。所述的电解液为0.03～0.05mol/LCuCl2、6.6×10-3～1.3×10-2mol/L硫脲和0.3～0.5mol/L乳酸混合，用NaOH调节pH值为5.0～7.0的缓冲体系；三电极体系是以铂丝为对电极，以甘汞电极为参比电极，以FTO为工作电极；沉积电位为-0.3～-1.2V，沉积时间为30～60min；多硫化物溶液为0.5～1MNa2S·9H2O、0.5～1MS和0.05～0.1MKCl的甲醇溶液。本专利技术采用上述制备对电极方案，解决了Cu2S/FTO对电极机械稳定性(以FTO为载体，负载Cu2S得到的Cu2S/FTO对电极可以将组装的电池密封好，从而不使电解液泄露；而Cu2S/Cu是以Cu为载体，用环氧树脂密封QDSCs后，由于Cu片过薄使Cu2S/Cu对电极容易脱落，不易固定，造成电解液泄露)和电解液泄露的问题，并且以CuCl2代替CuSO4可以增强沉积Cu的均匀性，加少量的硫脲作为电镀添加剂，硫原子能阻滞溶液中的金属离子放电，从而提高阴极极化作用，细化镀层的结晶组织，达到提高镀层对基体的附着力、改进镀铜层的平整性、光洁性和耐蚀性、控制镀层表面粗糙度的目的，乳酸-乳酸钠(乳酸钠由乳酸和NaOH反应生成)缓冲剂可以作为电镀槽中的酸碱缓冲剂，且乳酸可以作为稳定剂。本专利技术制备工艺简单，成本低，为制备QDSCs的对电极提供一种可靠的制备方案。附图说明图1：本专利技术所述的太阳能电池结构示意图；图2：太阳能电池的光电流-电压曲线；实施例1、实施例2、实施例3和实施例4分别对应曲线1、曲线2、曲线3和曲线4，说明实施例2中Cu2S/FTO对电极的制备条件为最优条件。具体实施方式实施例1制备FTO/TiO2薄膜：首先分别用洗涤剂、蒸馏水、丙酮、异丙醇和乙醇超声洗涤FTO导电玻璃；然后用电子天平称量0.66g二氧化钛P25溶于3mL无水乙醇中，常温搅拌24h得到P25浆料。在清洁的FTO导电玻璃上本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用电化学沉积法制备太阳能电池Cu2S/FTO对电极的方法，其特征在于：其首先是配制电解液，采用三电极体系，在FTO上用恒电位法进行电化学沉积Cu，然后再在多硫化物溶液中对沉积Cu的FTO进行硫化，从而得到Cu2S/FTO对电极；电解液为0.03～0.05mol/L CuCl2、6.6×10‑3～1.3×10‑2mol/L硫脲和0.3～0.5mol/L乳酸混合，pH值为5.0～7.0的缓冲体系；多硫化物溶液为0.5～1M Na2S·9H2O、0.5～1M S和0.05～0.1M KCl的甲醇溶液。

【技术特征摘要】
1.一种利用电化学沉积法制备太阳能电池Cu2S/FTO对电极的方法，其特征在
于：其首先是配制电解液，采用三电极体系，在FTO上用恒电位法进行电
化学沉积Cu，然后再在多硫化物溶液中对沉积Cu的FTO进行硫化，从而
得到Cu2S/FTO对电极；电解液为0.03～0.05mol/LCuCl2、
6.6×10-3～1.3×10-2mol/L硫脲和0.3～0.5mol/L乳酸混合，pH值为5.0～7.0
的缓冲体系；多硫化物溶液为0.5～1MNa2S·9H2O、0.5～1MS和0.05～0.1
MKCl的甲醇溶液。
2.如权利要求1所述的一种利用电化学沉积...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢腾锋，邱庆庆，王德军，徐丹丹，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22