本发明专利技术涉及一种染料敏化太阳能电池的硫化锑对电极及其制备方法，它是在导电基底上负载硫化锑纳米线，具体制备工艺：将新合成的硫化锑分散在有机粘合剂溶液中，通过刮涂、旋转涂膜或丝网印刷镀膜于导电基底上，将镀膜后的导电基底干燥，400-500℃真空、氩气或氮气气氛下煅烧0.5-3小时，自然冷却到室温，得到染料敏化太阳能电池的硫化锑对电极。与Pt对电极相比，该类型材料在自然界储量丰富，可以实现大批量工业化生产。与其他同类型半导体对电极材料相比，硫化锑纳米结构制备方法简便、工艺成熟，因此该硫化锑纳米结构材料在染料敏化太阳能电池领域有广泛的应用前景。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种新型染料敏化太阳能电池对电极及其制备方法。
技术介绍
因具有环境友好、工艺简便和循环稳定性高等特点，染料敏化太阳能电池正在逐步显现其潜在的应用价值。近年来有研究表明，染料敏化太阳能电池的光电转换效率可达到10%以上，尤其是该电池能经受IOOOWnr2可见光1000个小时以上持续照射，仍能保证其效率维持在10%附近。然而，受成本和效率因素制约，染料敏化太阳能电池离正式商业化推广还有不小的距离。近年来为了进一步提高此类电池的光电转换效率，大量的研究工作致力于进一步降低其生产成本和提高光电转换效率。染料敏化太阳能电池由染料敏化的纳米二氧化钛半导体光阳极、碘/碘离子氧化还原电对电解液和镀贵金属钼对电极构成。对电极作为染料敏化太阳能电池极为关键和不可或缺的组件，在降低成本和提高效率方面起着举足轻重的作用。目前，在氟离子掺杂的二氧化锡导电玻璃上镀钼是染料敏化太阳能电池常用的对电极，它对碘还原成碘离子的反应具有良好的催化作用。然而，由于钼是一种贵金属，资源稀缺而且价格昂贵，因此，研究寻找价格低、储量丰富和性能良好的钼的替代物作染料敏化太阳能电池的对电极材料是一项关键的工作，比如采用高空隙柔性碳、高活性介孔碳、碳纳米管、石墨烯、石墨烯复合多孔材料等碳材料对电极[CN200610114581.7; CN200710177810.4; CN200710010546.5;CN200810118071.6; CN200810227107.4; CN201010212640]；聚噻吩、聚吡咯、聚苯胺、聚对苯、聚苯乙烯等导电聚合物对电极[CN200910043344.X; CN200910072716.1;CN200910072714.2] ;TiN等氮化物对电极[CN200910068409.6; CN201110004928.8; Chem.Commun.2009, 6720; Angew.Chem.1nt.Ed.2010, 49, 3653];硫化钴、硫化镇、硫化亚铜、硫化锡和硫化秘等硫化物对电极L/ Am.Chem.Soc.2009, 131, 15976; EnergyEnviron.Sc1.2011, 4，2630; Angew.Chem.1nt.Ed.2011, 50，11739; Aust.J.Chem.2012，65，1342; J.Mater.Chem.2012, 22，18572];以及以上各种材料的复合物对电极，均可以达到与Pt对电极相比拟的效果，并大大改善了染料敏化太阳能电池的光电转换效率并有效降低了电池的成本。金属硫化物作为对电极材料的成功，为寻找成本低廉的Pt金属替代材料开辟了一条全新的路径。尽管如此，上述材料普遍工艺复杂，循环稳定性不高，离实际应用尚有较大差距。尤其是金属硫化物对电极通常采用与石墨烯复合的方法以改善其导电性，从而进一步提高其催化效率，然而受目前技术水平的制约，石墨烯制备成本并不低。因此找到一种全新的催化效率高、成本低廉、工艺简单和耐腐蚀性能好的对电极材料对整个染料敏化太阳能电池的产业化进程具有巨大的推动作用。 硫化锑目前常用于铁电、压电和光电材料，是常见的窄带隙半导体材料，在常温下具有一定的导电性，而且纳米结构具有超高的比表面积、特殊的量子效应等优越性。鉴于此，硫化锑纳米结构兼具良好导电性和出色催化活性的双重要求。不仅如此，硫化锑纳米结构制备工艺简单易行，原料来源相对丰富，作为Pt金属替代材料具有成本上的优势。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种，将纳米结构硫化锑作为染料敏化太阳能电池对电极材料，以优化染料敏化太阳能电池对电极的催化性能，进一步提高电池的光电转换效率并降低电池成本，加快染料敏化太阳能电池的工业化生产进程。本专利技术提供的染料敏化太阳能电池的硫化锑对电极是在导电基底上负载硫化锑纳米线，具体制备工艺:将新合成的硫化锑分散在有机粘合剂溶液中，通过刮涂、旋转涂膜或丝网印刷镀膜于导电基底上，将镀膜后的导电基底干燥，400-500°C真空、氩气或氮气气氛下煅烧0.5-3小时，自然冷却到室温，得到染料敏化太阳能电池的硫化锑对电极。本专利技术提供的染料敏化太阳能电池的硫化锑对电极的制备方法包括以下步骤: 1)将可溶性锑盐与硫化剂在水、乙醇或二者以任何比例混合的溶剂中和表面活性剂混合均匀，充分搅拌后，得到反应物悬浮液； 2)反应物悬浮液在密闭条件下进行加热反应，反应条件为:温度100 180°C，时间10 32小时；冷却至室温，反应生成物用水和无水乙醇分别洗涤，得到硫化锑粉末； 3)将制得的硫化锑粉末分散在粘合剂溶液中，充分搅拌或研磨制得浆料；将浆料均匀刮涂、丝网印刷或旋转涂膜在导电基底上，在60 110°C干燥； 4)在真空、氩气或氮气气氛下，将上述镀膜导电基底在400-500°C下煅烧0.5-3个小时，然后自然冷却到室温，得到硫化锑对电极。所述的铺盐、硫化剂与表面活性剂的质量比:3: 3-6: 1-6。 所述的可溶性锑盐为:氯化锑、硫酸锑、硝酸锑或醋酸锑。所述的硫化剂是硫脲、硫代乙酰胺。所述的表面活性剂是聚乙烯吡咯烷酮(如PVP 40000)、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、十二烷基硫酸钠(SDS)、吐温(Tween)中的至少一种，或任意两种或多种任意比例的混合物。所述的粘结剂为聚乙二醇(PEG)、聚四氟乙烯(PTFE)、羧甲基纤维素(CMC)、聚偏二氟乙烯(PVDF)中的至少一种，或任意两种或多种任意比例的混合物。所述的导电基底为导电玻璃或金属。本专利技术是以N-719染料敏化的TiO2膜作为光阳极。采用的电解液是由0.05摩尔Ι2、0.I 摩尔 Lil、0.6 摩尔 I, 2-dimethyl-3-propylimidazolium iodide (DMPII)和 0.5 摩尔4-tert-butyl pyridine溶解于氰化甲烧(acetonitrile)配制而成。采用本专利技术制备硫化锑样品镀膜于导电基体，共同组成模拟电池系统进行测试。本专利技术结合硫化锑纳米结构的诸多优势，材料表现出较好的导电性和催化性能，电池表现出与Pt电极相当的填充因子和光电转换效率。与其它无机对电极材料相比，纳米结构硫化锑可能作为Pt电极取代材料，即用硫化锑纳米线作染料敏化太阳能电池对电极材料，有效改善半导体对电极材料的催化效率并简化整套工艺和降低原料成本。本专利技术工艺可以实现大批量工业化生产。与其它同类型半导体对电极材料相比，硫化锑纳米结构制备方法简便、工艺成熟，因此该硫化锑纳米结构材料在染料敏化太阳能电池领域有广泛的应用前景。图1中(a)、(b)分别是由实施例1和实施例2得到的两组Sb2S3样品的XRD图与标准谱图的对照图，由图可知该两组硫化锑纳米结构属于斜方晶系(JCPDS N0.42-1393)。图2中(a)、(b)分别是由实施例1和实施例2得到的两组Sb2S3样品的扫描电镜图，由图可知硫化锑样品由是纳米线组装而成三维簇状结构，具有较大比表面积。因此，可以大大增加与氧化还原对的有效接触面积，并提高催化效率。图2(c)、(d)分别是由实施例1和实施例2得到的两组Sb2S3样品的透射电镜图，而图2(e)、(f)分别是由实施例1和实施例2得到的两组Sb2S3样品的高分辨透射电本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种染料敏化太阳能电池的硫化锑对电极，其特征在于：是在导电基底上负载硫化锑纳米线，具体制备工艺：将新合成的硫化锑分散在有机粘合剂溶液中，通过刮涂、旋转涂膜或丝网印刷镀膜于导电基底上，将镀膜后的导电基底干燥，400?500℃真空、氩气或氮气气氛下煅烧0.5?3小时，自然冷却到室温，得到染料敏化太阳能电池的硫化锑对电极。
【技术特征摘要】
2012.12.18 CN 201210550998.31.一种染料敏化太阳能电池的硫化锑对电极，其特征在于:是在导电基底上负载硫化锑纳米线，具体制备工艺:将新合成的硫化锑分散在有机粘合剂溶液中，通过刮涂、旋转涂膜或丝网印刷镀膜于导电基底上，将镀膜后的导电基底干燥，400-500°C真空、氩气或氮气气氛下煅烧0.5-3小时，自然冷却到室温，得到染料敏化太阳能电池的硫化锑对电极。2.—种权利要求1所述的染料敏化太阳能电池的硫化锑对电极的制备方法，其特征在于:包括以下步骤: 1)将可溶性锑盐与硫化剂在水、乙醇或二者以任何比例混合的溶剂中和表面活性剂混合均匀，充分搅拌后，得到反应物悬浮液； 2)反应物悬浮液在密闭条件下进行加热反应，反应条件为:温度100 180°C，时间10 32小时；冷却至室温，反应生成物用水和无水乙醇分别洗涤，得到硫化锑粉末； 3)将制得的硫化锑粉末分散在粘合剂溶液中，充分搅拌或研磨制得浆料；将浆料均匀刮涂、丝网印刷或旋转涂膜在导电基底上，在60 110°C干燥； 4)在真空、氩气或氮气气氛下，将上述镀膜导电基底在400-500°C下煅烧0.5-3个小时，然后自然冷却到室温，得到硫化锑对电极。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于所述的锑盐、硫化剂与表面活性剂的质量比:3: 3_6: 1_6。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于所述的可溶性锑盐为:氯化锑、硫酸锑、硝酸铺或醋酸铺。5.根据权利要求2...
【专利技术属性】
技术研发人员：周震，葛明，张海军，徐鹏涛，刘璐，魏进平，
申请(专利权)人：南开大学，
类型：发明
国别省市：
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