CN104347273A - 薄膜对电极的制备方法及薄膜对电极的应用 - Google Patents

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朱俊
刘锋
胡林华
戴松元
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Abstract

本发明公开了一种薄膜对电极的制备方法及薄膜对电极的应用，配置乙二硫醇与乙二胺的混合溶剂，将硫化铅粉末或者硫化亚铜粉末或者硒化亚铜粉末溶解于上述混合溶剂得到透明澄清溶液，将该溶液涂覆到透明导电基底上，并进行加热退火处理，得薄膜对电极。本发明的金属硫化物、硒化物薄膜对电极用于量子点敏化太阳电池可以获得良好的光电转化性能，且易于大规模制备，具有工业化前景。

Description

薄膜对电极的制备方法及薄膜对电极的应用
技术领域
本发明涉及薄膜对电极制备领域，具体是一种薄膜对电极的制备方法及薄膜对电极的应用。
背景技术
太阳电池是各种清洁能源技术中最有效的技术方案之一，它对于解决人类发展过程中的能源与环境问题具有重要的意义。近年来涌现出了很多新型太阳电池技术，无机半导体敏化太阳电池即是其中低成本电池的代表。无机半导体量子点敏化太阳电池一般采用窄带隙的无机半导体量子点作为光敏化剂，将其沉积在宽禁带氧化物半导体薄膜电极上，与电解质以及对电极共同组装成电池。
量子点敏化宽禁带氧化物半导体的概念早在90年代初就已经被提出，但是当时基于此的太阳电池并未获得引人瞩目的光电转换效率，一直到2006年左右，量子点敏化太阳电池的效率都未能达到1%的水平，因此很长时间之内没有受到足够的重视。与此同时，与量子点敏化太阳电池结构相似的另一种新型太阳电池——染料敏化太阳电池近年来则不管是在光电转换效率，还是在电池材料、机理方面取得了长足的进展。近年来，部分研究者又重新把目光投向量子点敏化太阳电池，他们借助于染料敏化太阳电池中一些已经比较先进与成熟的材料与工艺，如溶胶凝胶法制备二氧化钛浆料并丝网印刷或者刮涂然后烧结得到纳晶多孔薄膜，在此基础上通过对量子点材料、制备方法、电解质、对电极以及电池机理的深入研究，取得了大批显著的成果，使得量子点敏化太阳电池的光电转换效率在近几年得到大幅提升。
目前适用于量子点敏化太阳电池中催化活性较高的电极为硫化亚铜电极。但是该电极是利用铜片在浓盐酸中腐蚀然后硫化制备而成，组装成电池时存在易变形等问题，且电池长期性能也受到影响。
发明内容    本发明的目的是提供一种薄膜对电极的制备方法及薄膜对电极的应用。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：
薄膜对电极的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）、配置乙二硫醇与乙二胺的混合溶剂，乙二硫醇与乙二胺的体积比为1:8~1:15；
（2）、将硫化铅粉末或者硫化亚铜粉末或者硒化亚铜粉末，以重量比为0.06:1~0.12:1 的比例溶解于步骤（1）配置的混合溶剂，得到透明澄清溶液；
（3）、将步骤（2）所得溶液涂覆到透明导电基底上，并进行加热退火处理，得薄膜对电极。
所述的薄膜对电极的制备方法，其特征在于：所述的溶液涂覆到透明导电基底上采用流延，或者滴涂，或者旋涂，或者浸渍提拉，或者丝网印刷，或者喷墨打印的方法。
所述的薄膜对电极的制备方法，其特征在于：所述的透明导电基底是导电玻璃或导电塑料薄膜，加热退火温度范围在100℃-400℃之间。
一种薄膜对电极的应用，其特征在于：将硫化铅薄膜对电极或硫化亚铜薄膜对电极或硒化亚铜薄膜对电极与量子点敏化光阳极、电解质组装成量子点敏化太阳电池。
本发明的优点：
本发明的金属硫化物、硒化物薄膜对电极原材料来源丰富，避免使用贵金属铂，大大降低了成本；
本发明的金属硫化物、硒化物薄膜对电极用于量子点敏化太阳电池具有较高的催化活性，可以获得更高的光电转化性能；
本发明为基于溶液的一种制备方法，易于大规模制备，具有工业化前景。
附图说明
    图1为本发明制备的薄膜对电极应用示意图。
具体实施方式
薄膜对电极的制备方法，包括以下步骤：
（1）、配置乙二硫醇与乙二胺的混合溶剂，乙二硫醇与乙二胺的体积比为1:8~1:15；
（2）、将硫化铅粉末或者硫化亚铜粉末或者硒化亚铜粉末，以重量比为0.06:1~0.12:1 的比例溶解于步骤（1）配置的混合溶剂，得到透明澄清溶液；
（3）、将步骤（2）所得溶液涂覆到透明导电基底上，并进行加热退火处理，得薄膜对电极。
溶液涂覆到透明导电基底上采用流延，或者滴涂，或者旋涂，或者浸渍提拉，或者丝网印刷，或者喷墨打印的方法。
透明导电基底是导电玻璃或导电塑料薄膜，加热退火温度范围在100℃-400℃之间。
如图1所示。将硫化铅薄膜对电极或者硫化亚铜薄膜对电极或者硒化亚铜薄膜对电极与量子点敏化光阳极、电解质组装成量子点敏化太阳电池。
具体实施例：
实施例1：PbS薄膜对电极的制备
取1 mmol硫化铅粉，加入到2.2 ml乙二硫醇与乙二胺的混合溶剂中(体积比为1:10)，在室温下搅拌，得到浅黄色的PbS前驱体溶液；将该前驱体溶液刮涂到FTO玻璃上，在氩气气氛下350度退火，获得PbS对电极。
实施例2：PbS薄膜对电极应用于量子点敏化太阳电池
取1 mmol硫化铅粉，加入到2.2 ml乙二硫醇与乙二胺的混合溶剂中(体积比为1:10)，在室温下搅拌，得到浅黄色的PbS前驱体溶液；将该前驱体溶液刮涂到FTO玻璃上，在氩气气氛下350度退火，获得PbS对电极；将该对电极与硒化镉敏化二氧化钛纳晶多孔薄膜电极、多硫电解质（2 M Na2S, 2 M S, 0.2 M KCl）组装获得量子点敏化太阳电池。
实施例3：Cu2S薄膜对电极的制备
取1 mmol硫化亚铜粉，加入到2.2 ml乙二硫醇与乙二胺的混合溶剂中(体积比为1:10)，在室温下搅拌，得到浅黄色的Cu2S前驱体溶液；将该前驱体溶液刮涂到FTO玻璃上，在氩气气氛下350度退火，获得Cu2S对电极。
实施例4：Cu2S薄膜对电极应用于量子点敏化太阳电池
取1 mmol硫化亚铜粉，加入到2.2 ml乙二硫醇与乙二胺的混合溶剂中(体积比为1:10)，在室温下搅拌，得到浅黄色的Cu2S前驱体溶液；将该前驱体溶液刮涂到FTO玻璃上，在氩气气氛下350度退火，获得Cu2S对电极；将该对电极与硒化镉敏化二氧化钛纳晶多孔薄膜电极、多硫电解质（2 M Na2S, 2 M S, 0.2 M KCl）组装获得量子点敏化太阳电池。
实施例5：Cu2Se薄膜对电极的制备
取1 mmol硒化亚铜粉，加入到2.2 ml乙二硫醇与乙二胺的混合溶剂中(体积比为1:10)，在室温下搅拌，得到深红色的Cu2Se前驱体溶液；将该前驱体溶液刮涂到FTO玻璃上，在氩气气氛下350度退火，获得Cu2Se对电极。
实施例6：Cu2Se薄膜对电极应用于量子点敏化太阳电池
取1 mmol硒化亚铜粉，加入到2.2 ml乙二硫醇与乙二胺的混合溶剂中(体积比为1:10)，在室温下搅拌，得到深红色的Cu2Se前驱体溶液；将该前驱体溶液刮涂到FTO玻璃上，在氩气气氛下350度退火，获得Cu2Se对电极；将该对电极与硒化镉敏化二氧化钛纳晶多孔薄膜电极、多硫电解质（2 M Na2S, 2 M S, 0.2 M KCl）组装获得量子点敏化太阳电池。

Claims (4)

1.薄膜对电极的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）、配置乙二硫醇与乙二胺的混合溶剂，乙二硫醇与乙二胺的体积比为1:8~1:15；
（2）、将硫化铅粉末或者硫化亚铜粉末或者硒化亚铜粉末，以重量比为0.06:1~0.12:1 的比例溶解于步骤（1）配置的混合溶剂，得到透明澄清溶液；
（3）、将步骤（2）所得溶液涂覆到透明导电基底上，并进行加热退火处理，得薄膜对电极。
2.根据权利要求1所述的薄膜对电极的制备方法，其特征在于：所述的溶液涂覆到透明导电基底上采用流延，或者滴涂，或者旋涂，或者浸渍提拉，或者丝网印刷，或者喷墨打印的方法。
3.根据权利要求1所述的薄膜对电极的制备方法，其特征在于：所述的透明导电基底是导电玻璃或导电塑料薄膜，加热退火范围在100℃-400℃之间。
4.一种如权利要求1所述的薄膜对电极的应用，其特征在于：将硫化铅薄膜对电极或硫化亚铜薄膜对电极或硒化亚铜薄膜对电极与量子点敏化光阳极、电解质组装成量子点敏化太阳电池。
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