CN105931848A - 一种在FTO上原位水热生长Cu3BiS3敏化的TiO2氧化物薄膜、制备方法及其应用 - Google Patents
一种在FTO上原位水热生长Cu3BiS3敏化的TiO2氧化物薄膜、制备方法及其应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN105931848A CN105931848A CN201610344545.3A CN201610344545A CN105931848A CN 105931848 A CN105931848 A CN 105931848A CN 201610344545 A CN201610344545 A CN 201610344545A CN 105931848 A CN105931848 A CN 105931848A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- fto
- tio
- bis
- thin film
- tio2
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 105
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title abstract description 33
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 title abstract 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 46
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 42
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 17
- 238000001027 hydrothermal synthesis Methods 0.000 claims abstract description 16
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims description 67
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 40
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 26
- UMGDCJDMYOKAJW-UHFFFAOYSA-N thiourea Chemical compound NC(N)=S UMGDCJDMYOKAJW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 26
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims description 18
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 16
- XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N Urea Chemical compound NC(N)=O XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- RWSXRVCMGQZWBV-WDSKDSINSA-N glutathione Chemical compound OC(=O)[C@@H](N)CCC(=O)N[C@@H](CS)C(=O)NCC(O)=O RWSXRVCMGQZWBV-WDSKDSINSA-N 0.000 claims description 14
- 229960003180 glutathione Drugs 0.000 claims description 14
- PPNKDDZCLDMRHS-UHFFFAOYSA-N dinitrooxybismuthanyl nitrate Chemical compound [Bi+3].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O PPNKDDZCLDMRHS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- 235000003969 glutathione Nutrition 0.000 claims description 13
- 229910021592 Copper(II) chloride Inorganic materials 0.000 claims description 11
- ORTQZVOHEJQUHG-UHFFFAOYSA-L copper(II) chloride Chemical compound Cl[Cu]Cl ORTQZVOHEJQUHG-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 7
- 238000011010 flushing procedure Methods 0.000 claims description 6
- 229950000845 politef Drugs 0.000 claims description 6
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 claims description 5
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 230000004044 response Effects 0.000 claims description 2
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 claims description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims 2
- 239000004202 carbamide Substances 0.000 claims 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 abstract description 11
- 238000001035 drying Methods 0.000 abstract description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 3
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 80
- MTHSVFCYNBDYFN-UHFFFAOYSA-N diethylene glycol Chemical compound OCCOCCO MTHSVFCYNBDYFN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 35
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 23
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 21
- 239000010408 film Substances 0.000 description 17
- 238000002161 passivation Methods 0.000 description 15
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 12
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 11
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 10
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 9
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 9
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 229960004756 ethanol Drugs 0.000 description 8
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 description 7
- 229920001021 polysulfide Polymers 0.000 description 7
- 239000005077 polysulfide Substances 0.000 description 7
- 150000008117 polysulfides Polymers 0.000 description 7
- 206010070834 Sensitisation Diseases 0.000 description 6
- VDQVEACBQKUUSU-UHFFFAOYSA-M disodium;sulfanide Chemical compound [Na+].[Na+].[SH-] VDQVEACBQKUUSU-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 6
- 230000008313 sensitization Effects 0.000 description 6
- 229910052979 sodium sulfide Inorganic materials 0.000 description 6
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 6
- 238000001354 calcination Methods 0.000 description 5
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 4
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 4
- 239000003599 detergent Substances 0.000 description 4
- 230000007062 hydrolysis Effects 0.000 description 4
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 description 4
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 4
- HHDOORYZQSEMGM-UHFFFAOYSA-L potassium;oxalate;titanium(4+) Chemical compound [K+].[Ti+4].[O-]C(=O)C([O-])=O HHDOORYZQSEMGM-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 4
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 4
- AKHNMLFCWUSKQB-UHFFFAOYSA-L sodium thiosulfate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]S([O-])(=O)=S AKHNMLFCWUSKQB-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 4
- 238000010792 warming Methods 0.000 description 4
- 229910052724 xenon Inorganic materials 0.000 description 4
- FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N xenon atom Chemical compound [Xe] FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 3
- 238000002242 deionisation method Methods 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 3
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 description 3
- 229910021591 Copper(I) chloride Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 description 2
- UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N Sulphide Chemical compound [S-2] UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 2
- OXBLHERUFWYNTN-UHFFFAOYSA-M copper(I) chloride Chemical compound [Cu]Cl OXBLHERUFWYNTN-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 2
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 2
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 2
- 229910004613 CdTe Inorganic materials 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011358 absorbing material Substances 0.000 description 1
- 239000011149 active material Substances 0.000 description 1
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N bismuth atom Chemical compound [Bi] JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UHYPYGJEEGLRJD-UHFFFAOYSA-N cadmium(2+);selenium(2-) Chemical compound [Se-2].[Cd+2] UHYPYGJEEGLRJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000003178 carboxy group Chemical group [H]OC(*)=O 0.000 description 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 229960000935 dehydrated alcohol Drugs 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 1
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 239000002071 nanotube Substances 0.000 description 1
- 239000002070 nanowire Substances 0.000 description 1
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 238000001291 vacuum drying Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G9/00—Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
- H01G9/20—Light-sensitive devices
- H01G9/2027—Light-sensitive devices comprising an oxide semiconductor electrode
- H01G9/2031—Light-sensitive devices comprising an oxide semiconductor electrode comprising titanium oxide, e.g. TiO2
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/542—Dye sensitized solar cells
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
Abstract
一种在FTO上原位水热生长Cu3BiS3敏化的TiO2氧化物薄膜、制备方法及其在制备太阳能电池中的应用，属于太阳能电池技术领域。其是先通过水热反应在FTO上生长0.5～1.5μm的TiO2阵列得到FTO/TiO2薄膜，再对TiO2薄膜进行钝化处理；然后配制用于水热反应的Cu3BiS3敏化剂溶液，将FTO/TiO2薄膜的TiO2薄膜面朝下浸入到配制好的Cu3BiS3敏化剂溶液中进行水热反应，反应结束待反应体系冷却至室温后将FTO/TiO2薄膜取出，先用水冲洗干净，再用乙醇冲洗，然后氮气吹干，从而在FTO上原位水热生长Cu3BiS3敏化的TiO2氧化物薄膜。此方法制备Cu3BiS3和敏化FTO/TiO2薄膜样品同时进行，制备工艺简单，易于操作，且使Cu3BiS3在氧化物TiO2薄膜样品上的覆盖量更大，能充分吸收光产生光生电荷，使光电转化效率提高，适用于敏化类太阳能电池。
Description
技术领域
本发明属于太阳能电池技术领域，具体涉及一种在FTO上原位水热生长Cu3BiS3敏化的TiO2氧化物薄膜、制备方法及其在制备太阳能电池中的应用。
背景技术
单晶硅太阳能电池作为第一代太阳能电池，以其光电转化率高和稳定性好的优点占领光电领域的市场，但第一代太阳能电池成本高、制备工艺复杂。随之有了第二代太阳能电池，第二代是具有更薄光吸收层的薄膜太阳能电池，第二代太阳能电池虽然成本降低，但是转化效率明显低于第一代太阳能电池。为了寻求成本和光电转化效率之间的平衡，用纳米颗粒、纳米线、纳米棒和纳米管制备的第三代纳米晶太阳能电池随之问世。
目前第二代薄膜太阳电池光吸收层的制备因其可应用于下一代太阳能电池的潜力已引起了人们的广泛关注。如，CuInSe2作为薄膜太阳能电池的最佳光吸收材料，在薄膜太阳能电池领域依然是人们的主要关注对象。其中，CdTe和CdSe由于其合适的能带结构和光敏性而应用于属于第三代太阳能电池的敏化类太阳能电池。硫化物材料由于具有优异的光电性能越来越受到研究者的关注，如CdS、ZnS、In2S3、CuxS等。此外，三元硫化物材料由于其合适的禁带宽度和优异的光电性能可应用于太阳能电池也引起了研究者们的关注，如黄铜矿CuInS2由于其高光吸收率和合适的禁带宽度(1.4ev)而成为理想的光吸收材料。但是铟是稀有金属，价格昂贵，因此CuInS2不能广泛应用。相应的，含量丰富的铋金属越来越受到人们的关注。Cu3BiS3的禁带宽度为1.4～1.5ev，且成本低。因此有望成为理想的替代CuInS2的活性材料。
三元化合物一般难以制备，因此很少有合适的方法制备Cu3BiS3。现有的研究方法包括：较早的制备方法有蒸镀、两步化学气相沉积法、或先在铜片上先制备Bi2S3再热处理。然而这些方法需求的条件苛刻，结果不理想且尚未对所制备材料进行光电性能研究，因此难以实际应用。
目前应用广泛的是水热合成法，因其制备成本低且简便，而受到研究者们的高度关注。但是目前水热合成的Cu3BiS3材料为粉末材料，不能在TiO2氧化物薄膜上直接水热生长，从而不能够在水热反应过程中对TiO2氧化物薄膜敏化；需要将制备的粉末材料配制成溶液再旋涂在TiO2薄膜上，此方法只能对TiO2薄膜的表面进行敏化，敏化剂在TiO2上的覆盖率低，因此不利于敏化剂对光的吸收，致使光电转化效率较低。
发明目的
本发明的目的在于：为克服上述旋涂Cu3BiS3溶液敏化TiO2薄膜存在的不足，提供一种成本低且制备简捷的在FTO上原位水热生长Cu3BiS3敏化的TiO2氧化物薄膜、制备方法及其在制备太阳能电池中的应用。。
具体为：先通过水热反应在FTO上生长0.5～1.5μm的TiO2阵列得到FTO/TiO2薄膜，再对TiO2薄膜进行钝化处理；然后配制用于水热反应的Cu3BiS3敏化剂溶液，将FTO/TiO2薄膜的TiO2薄膜面朝下浸入到配制好的Cu3BiS3敏化剂溶液中进行水热反应，反应结束待反应体系冷却至室温后将FTO/TiO2薄膜取出，先用水冲洗干净，再用乙醇冲洗，然后氮气吹干，从而在FTO上原位水热生长Cu3BiS3敏化的TiO2氧化物薄膜。
所述的水热反应溶液为CuCl2、Bi(NO3)3、硫脲和谷胱甘肽的水和乙醇溶液，水和乙醇的体积比为1：2～4，混合溶液中CuCl2的浓度为0.075～0.125mmol/L，Bi(NO3)3的浓度为0.0375～0.0625mmol/L，硫脲的浓度为0.15～0.25mmol/L，谷胱甘肽的浓度为0.12～0.2mmol/L，其中CuCl2、Bi(NO3)3和硫脲间的用量摩尔比为2：1：4(CuCl2过多会导致主产物为CuS，Bi(NO3)3过多会导致主产物为Cu2S，硫脲是Cu3BiS3中硫源，因此需略微过量)。
水热反应是在聚四氟乙烯反应釜中170℃～190℃条件下反应10～20h(若反应时间过短，温度过低时，主要产物为Cu2S)。
本发明通过加入谷胱甘肽(GSH)，谷胱甘肽一方面可以通过分子中的-COOH和–SH将Cu3BiS3和TiO2分子组装在一起，使Cu3BiS3在TiO2薄膜上原位水热生长，不仅能提高Cu3BiS3敏化剂的覆盖率，还能控制Cu3BiS3的粒径(粒径约为500nm)；另一方面在Cu3BiS3合成的过程中谷胱甘肽还可以作为稳定剂，解决了Cu3BiS3在TiO2上的覆盖率低，敏化剂对光吸收不充分致使制备的太阳能电池光电转化率低的缺点。
本发明制备Cu3BiS3和敏化FTO/TiO2薄膜样品同时进行，制备工艺简单，易于操作，成本低，且使Cu3BiS3在氧化物TiO2薄膜样品上的覆盖量更大，能充分吸收光产生光生电荷，使光电转化效率提高，适用于敏化类太阳能电池。
附图说明
图1：本发明所述的太阳能电池结构示意图；
图2：本发明制备的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TiO2氧化物薄膜原位水热生长Cu3BiS3敏化剂为最优条件。
具体实施方式
实施例1
制备FTO/TiO2薄膜：先洗涤FTO导电玻璃，分别用洗涤剂、蒸馏水、丙酮、异丙醇和乙醇超声洗涤FTO各15分钟；再在FTO上水热生长TiO2阵列以制备FTO/TiO2薄膜，具体过程为：取0.525g草酸钛钾、22.5mL一缩二乙二醇和7.5mL水，搅拌30min，将得到的混合溶液与上述洗涤后的FTO一同置于聚四氟乙烯反应釜中(FTO面朝下，混合溶液需浸没FTO导电玻璃)，在180℃条件下反应9h；反应完成冷却至室温后用先用双蒸水冲洗，再用乙醇冲洗，干燥，得到FTO/TiO2薄膜；
TiO2阵列薄膜的钝化处理(钝化处理的目的是钝化TiO2阵列薄膜表面的晶体缺陷态)：取1mL、2mol/L的TiCl4溶液，加入去离子水稀释至50mL得到钝化溶液，再将FTO/TiO2薄膜浸入该钝化溶液中(FTO/TiO2薄膜面朝上)，70℃恒温干燥箱中放置30min。反应结束后往钝化溶液中加入大量双蒸水，冷却以达到淬灭水解反应的目的，取出FTO/TiO2薄膜，再用无水乙醇将FTO/TiO2薄膜冲洗干净，顺一个方向吹干。最后在马弗炉中以2℃/min的升温速度升温至520℃，煅烧退火40min，制备得到厚度约为1μm的TiO2薄膜。
制备Cu3BiS3敏化剂溶液：将CuCl2、Bi(NO3)3、硫脲和谷胱甘肽溶于7mL水和13mL乙醇中，混合溶液中CuCl2的浓度为0.75mmol/L、Bi(NO3)3的浓度为0.0375mmol/L、硫脲的浓度为0.15mmol/L、谷胱甘肽的浓度为0.12mmol/L，搅拌均匀后得到Cu3BiS3敏化剂溶液。将得到的Cu3BiS3敏化剂溶液与上述钝化处理的FTO/TiO2薄膜同时置于聚四氟乙烯反应釜中，FTO/TiO2薄膜样品面朝下(Cu3BiS3敏化剂溶液需浸没FTO/TiO2薄膜)，170℃反应10h，从而在FTO导电玻璃上得到Cu3BiS3敏化的TiO2薄膜，即FTO/TiO2/Cu3BiS3薄膜。
制备Cu2S/FTO导电玻璃对电极：将0.24g的Cu2SO4溶于60mL去离子水中，通N2 10min，再加入0.37g Na2S2O3·5H2O；然后往该混合溶液中放入干净的FTO导电玻璃(FTO导电面朝下)，在90℃条件下水浴1h，将得到的FTO导电玻璃用去离子水冲洗后干燥；最后在N2氛围中200℃条件下煅烧30min，在FTO上得到140nm的Cu2S，即为Cu2S/FTO导电玻璃对电极。
组装太阳能电池：以上述FTO/TiO2/Cu3BiS3薄膜为光阳极，上述制备好的Cu2S/FTO为对电极，根据如图1所示结构组装太阳能电池，用注射器取少量电解液在Cu2S和Cu3BiS3两电极之间注入2～3滴多硫化物电解质溶液(多硫化物电解质溶液为Na2S·9H2O、S、KOH的甲醇与水的混合溶液，其中Na2S·9H2O、S、KOH的浓度分别为1M、1M和0.1M，甲醇与水的体积比7：3)中，使用环氧树脂密封电池。
对组装好的电池进行光电性能测试：用电化学工作站记录电池的光电流—电压(I-V)曲线，光源采用500W氙灯，入射光光强为100mW/cm2，其强度通过辐照计测得。电池的有效面积为0.2cm2。根据光电流—电压(I-V)曲线计算得到以FTO/TiO2/Cu3BiS3薄膜为光阳极组装的电池的光电转换效率(PCE)为0.076％。
实施例2
制备FTO/TiO2薄膜：先洗涤FTO导电玻璃，分别用洗涤剂、蒸馏水、丙酮、异丙醇和乙醇超声洗涤FTO各15分钟；再在FTO上水热生长TiO2阵列以制备FTO/TiO2薄膜，具体过程为：取0.525g草酸钛钾、22.5mL一缩二乙二醇和7.5mL水，搅拌30min，将得到的混合溶液与上述洗涤后的FTO一同置于聚四氟乙烯反应釜中(FTO面朝下，混合溶液需浸没FTO导电玻璃)，在180℃条件下反应9h；反应完成冷却至室温后用先用双蒸水冲洗，再用乙醇冲洗，干燥，得到FTO/TiO2薄膜；TiO2阵列薄膜的钝化处理(钝化处理的目的是钝化TiO2阵列薄膜表面的晶体缺陷态)：取1mL、2mol/L的TiCl4溶液，加入去离子水稀释至50mL得到钝化溶液，再将FTO/TiO2薄膜浸入该钝化溶液中(FTO/TiO2薄膜面朝上)，70℃恒温干燥箱中放置30min。反应结束后往钝化溶液中加入大量双蒸水，冷却以达到淬灭水解反应的目的，取出FTO/TiO2薄膜，再用无水乙醇将FTO/TiO2薄膜冲洗干净，顺一个方向吹干。最后在马弗炉中以2℃/min的升温速度升温至520℃，煅烧退火40min，制备得到厚度约为1μm的TiO2薄膜。
制备Cu3BiS3敏化剂：将CuCl2、Bi(NO3)3、硫脲和谷胱甘肽溶于5mL水和15mL乙醇中，CuCl2的浓度为0.1mmol/L、Bi(NO3)3的浓度为0.05mmol/L、硫脲的浓度为0.2mmol/L、谷胱甘肽的浓度为0.16mmol/L，搅拌均匀后得到Cu3BiS3敏化剂溶液。将得到的Cu3BiS3敏化剂溶液与上述钝化处理的FTO/TiO2薄膜同时置于聚四氟乙烯反应釜中，FTO/TiO2薄膜样品面朝下(Cu3BiS3敏化剂溶液需浸没FTO/TiO2薄膜)，180℃反应12h，从而在FTO导电玻璃上得到Cu3BiS3敏化的TiO2薄膜，即FTO/TiO2/Cu3BiS3薄膜。
制备Cu2S/FTO导电玻璃对电极：将0.24g的Cu2SO4溶于60mL去离子水中，通N2 10min，再加入0.37g Na2S2O3·5H2O；然后往该混合溶液中放入干净的FTO导电玻璃(FTO导电面朝下)，在90℃条件下水浴1h，将得到的FTO导电玻璃用去离子水冲洗后干燥；最后在N2氛围中200℃条件下煅烧30min，在FTO上得到140nm的Cu2S，即为Cu2S/FTO导电玻璃对电极。
组装太阳能电池：以上述FTO/TiO2/Cu3BiS3薄膜为光阳极，上述制备好的Cu2S/FTO为对电极，根据如图1所示结构组装太阳能电池，用注射器取少量电解液在Cu2S和Cu3BiS3两电极之间注入2～3滴多硫化物电解质溶液(多硫化物电解质溶液为Na2S·9H2O、S、KOH的甲醇与水的混合溶液，其中Na2S·9H2O、S、KOH的浓度分别为1M、1M和0.1M，甲醇与水的体积比7:3)中，使用环氧树脂密封电池。
对组装好的电池进行光电性能测试：用电化学工作站记录电池的光电流—电压(I-V)曲线，光源采用500W氙灯，入射光光强为100mW/cm2，其强度通过辐照计测得。电池的有效面积为0.2cm2。根据光电流—电压(I-V)曲线计算得到以FTO/TiO2/Cu3BiS3薄膜为光阳极组装的电池的光电转换效率(PCE)为0.102％。
实施例3
制备FTO/TiO2薄膜：先洗涤FTO导电玻璃，分别用洗涤剂、蒸馏水、丙酮、异丙醇和乙醇超声洗涤FTO各15分钟；再在FTO上水热生长TiO2阵列以制备FTO/TiO2薄膜，具体过程为：取0.525g草酸钛钾、22.5mL一缩二乙二醇和7.5mL水，搅拌30min，将得到的混合溶液与上述洗涤后的FTO一同置于聚四氟乙烯反应釜中(FTO面朝下，混合溶液需浸没FTO导电玻璃)，在180℃条件下反应9h；反应完成冷却至室温后用先用双蒸水冲洗，再用乙醇冲洗，干燥，得到FTO/TiO2薄膜；TiO2阵列薄膜的钝化处理(钝化处理的目的是钝化TiO2阵列薄膜表面的晶体缺陷态)：取1mL、2mol/L的TiCl4溶液，加入去离子水稀释至50mL得到钝化溶液，再将FTO/TiO2薄膜浸入该钝化溶液中(FTO/TiO2薄膜面朝上)，70℃恒温干燥箱中放置30min。反应结束后往钝化溶液中加入大量双蒸水，冷却以达到淬灭水解反应的目的，取出FTO/TiO2薄膜，再用无水乙醇将FTO/TiO2薄膜冲洗干净，顺一个方向吹干。最后在马弗炉中以2℃/min的升温速度升温至520℃，煅烧退火40min，制备得到厚度约为1μm的TiO2薄膜。
制备Cu3BiS3敏化剂：将CuCl2、Bi(NO3)3、硫脲和谷胱甘肽溶于4mL水和16mL乙醇中，CuCl2的浓度为0.125mmol/L、Bi(NO3)3的浓度为0.0625mmol/L、硫脲的浓度为0.25mmol/L、谷胱甘肽的浓度为0.2mmol/L，搅拌均匀后得到Cu3BiS3敏化剂溶液。将得到的Cu3BiS3敏化剂溶液与上述钝化处理的FTO/TiO2薄膜同时置于聚四氟乙烯反应釜中，FTO/TiO2薄膜样品面朝下(Cu3BiS3敏化剂溶液需浸没FTO/TiO2薄膜)，190℃反应20h，从而在FTO导电玻璃上得到Cu3BiS3敏化的TiO2薄膜，即FTO/TiO2/Cu3BiS3薄膜。
制备Cu2S/FTO导电玻璃对电极：将0.24g的Cu2SO4溶于60mL去离子水中，通N2 10min，再加入0.37g Na2S2O3·5H2O；然后往该混合溶液中放入干净的FTO导电玻璃(FTO导电面朝下)，在90℃条件下水浴1h，将得到的FTO导电玻璃用去离子水冲洗后干燥；最后在N2氛围中200℃条件下煅烧30min，在FTO上得到140nm的Cu2S，即为Cu2S/FTO导电玻璃对电极。
组装太阳能电池：以上述FTO/TiO2/Cu3BiS3薄膜为光阳极，上述制备好的Cu2S/FTO为对电极，根据如图1所示结构组装太阳能电池，用注射器取少量电解液在Cu2S和Cu3BiS3两电极之间注入2～3滴多硫化物电解质溶液(多硫化物电解质溶液为Na2S·9H2O、S、KOH的甲醇与水的混合溶液，其中Na2S·9H2O、S、KOH的浓度分别为1M、1M和0.1M，甲醇与水的体积比7:3)中，使用环氧树脂密封电池。
对组装好的电池进行光电性能测试：用电化学工作站记录电池的光电流—电压(I-V)曲线，光源采用500W氙灯，入射光光强为100mW/cm2，其强度通过辐照计测得。电池的有效面积为0.2cm2。根据光电流—电压(I-V)曲线计算得到以FTO/TiO2/Cu3BiS3薄膜为光阳极组装的电池的光电转换效率(PCE)为0.065％。
实施例4(本实施例是目前采用较多的Cu3BiS3制备方法，为了与本发明形成对比。)
制备FTO/TiO2薄膜：先洗涤FTO导电玻璃，分别用洗涤剂、蒸馏水、丙酮、异丙醇和乙醇超声洗涤FTO各15分钟；再在FTO上水热生长TiO2阵列以制备FTO/TiO2薄膜，具体过程为：取0.525g草酸钛钾、22.5mL一缩二乙二醇和7.5mL水，搅拌30min，将得到的混合溶液与上述洗涤后的FTO一同置于聚四氟乙烯反应釜中(FTO面朝下，混合溶液需浸没FTO导电玻璃)，在180℃条件下反应9h；反应完成冷却至室温后用先用双蒸水冲洗，再用乙醇冲洗，干燥，得到FTO/TiO2薄膜；TiO2阵列薄膜的钝化处理(钝化处理的目的是钝化TiO2阵列薄膜表面的晶体缺陷态)：取1mL、2mol/L的TiCl4溶液，加入去离子水稀释至50mL得到钝化溶液，再将FTO/TiO2薄膜浸入该钝化溶液中(FTO/TiO2薄膜面朝上)，70℃恒温干燥箱中放置30min。反应结束后往钝化溶液中加入大量双蒸水，冷却以达到淬灭水解反应的目的，取出FTO/TiO2薄膜，再用无水乙醇将FTO/TiO2薄膜冲洗干净，顺一个方向吹干。最后在马弗炉中以2℃/min的升温速度升温至520℃，煅烧退火40min，制备得到厚度约为1μm的TiO2薄膜。
制备Cu3BiS3敏化剂：称取0.2mmol/L CuCl2、0.1mmol/L Bi(NO3)3、0.4mmol/L硫脲，溶于5mL水和15mL乙醇后，溶液搅拌均匀后置于聚四氟乙烯反应釜中，180℃反应12h，得黑色的Cu3BiS3粉末固体样品。将所得的黑色粉末用乙醇离心、洗涤5遍，离心的转速为10000r/min，洗涤完毕后放置在50℃真空干燥箱中干燥12h，得到干净的Cu3BiS3粉末样品。用电子天平称取Cu3BiS3粉末样品0.1g溶于5mL乙醇中搅拌5h，将搅拌得到的均匀的Cu3BiS3乙醇溶液滴加FTO/TiO2薄膜样品上，2000r/s旋涂30s，旋涂7次，得到Cu3BiS3敏化的FTO/TiO2薄膜样品，即为FTO/TiO2/Cu3BiS3薄膜。
制备Cu2S/FTO对电极：将0.24g的Cu2SO4溶于60mL去离子水中，通N2 10min；加入0.37g Na2S2O3·5H2O；往该溶液中放入干净的FTO(导电面朝下)，在90℃水浴1h；用去离子水冲洗干燥；在N2氛围中200℃条件煅烧30min，即得Cu2S/FTO对电极。
组装太阳能电池：以上述Cu3BiS3敏化后的TiO2薄膜样品为光阳极，上述制备好的Cu2S/FTO为对电极，根据如图1所示结构组装太阳能电池，在两电极之间注入多硫化物电解质溶液(1M Na2S·9H2O,1M S和0.1M KOH的甲醇与水的混合溶液(体积比7:3))，使用环氧树脂密封电池。
对组装好的电池进行光电性能测试：用电化学工作站记录电池的光电流—电压(I-V)曲线，光源采用500W氙灯，入射光光强为100mW/cm2，其强度通过辐照计测得。电池的有效面积为0.2cm2。根据光电流—电压(I-V)曲线计算得到以FTO/TiO2/Cu3BiS3薄膜为光阳极组装的电池的光电转换效率(PCE)为0.021％。
Claims (5)
1.一种在FTO上原位水热生长Cu3BiS3敏化的TiO2氧化物薄膜的方法，其特征在于：先通过水热反应在FTO上生长0.5～1.5μm的TiO2阵列得到FTO/TiO2薄膜，再对TiO2薄膜进行钝化处理；然后配制用于水热反应的Cu3BiS3敏化剂溶液，将FTO/TiO2薄膜的TiO2薄膜面朝下浸入到配制好的Cu3BiS3敏化剂溶液中进行水热反应，反应结束待反应体系冷却至室温后将FTO/TiO2薄膜取出，先用水冲洗干净，再用乙醇冲洗，然后氮气吹干，从而在FTO上原位水热生长Cu3BiS3敏化的TiO2氧化物薄膜。
2.如权利要求1所述的一种在FTO上原位水热生长Cu3BiS3敏化的TiO2氧化物薄膜的方法，其特征在于：所述的水热反应溶液为CuCl2、Bi(NO3)3、硫脲和谷胱甘肽的水和乙醇溶液，水和乙醇的体积比为1：2～4，混合溶液中CuCl2的浓度为0.075～0.125mmol/L，Bi(NO3)3的浓度为0.0375～0.0625mmol/L，硫脲的浓度为0.15～0.25mmol/L，谷胱甘肽的浓度为0.12～0.2mmol/L，其中CuCl2、Bi(NO3)3和硫脲间的用量摩尔比为2：1：4。
3.如权利要求1所述的一种在FTO上原位水热生长Cu3BiS3敏化的TiO2氧化物薄膜的方法，其特征在于：水热反应是在聚四氟乙烯反应釜中170℃～190℃条件下反应10～20h。
4.一种在FTO上原位水热生长Cu3BiS3敏化的TiO2氧化物薄膜，其特征在于：是由权利要求1～3任何一项所述的方法制备得到。
5.权利要求4所述的一种在FTO上原位水热生长Cu3BiS3敏化的TiO2氧化物薄膜在制备太阳能电池中的应用。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201610344545.3A CN105931848B (zh) | 2016-05-23 | 2016-05-23 | 一种在FTO上原位水热生长Cu3BiS3敏化的TiO2氧化物薄膜、制备方法及其应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201610344545.3A CN105931848B (zh) | 2016-05-23 | 2016-05-23 | 一种在FTO上原位水热生长Cu3BiS3敏化的TiO2氧化物薄膜、制备方法及其应用 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN105931848A true CN105931848A (zh) | 2016-09-07 |
| CN105931848B CN105931848B (zh) | 2018-04-06 |
Family
ID=56841025
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201610344545.3A Expired - Fee Related CN105931848B (zh) | 2016-05-23 | 2016-05-23 | 一种在FTO上原位水热生长Cu3BiS3敏化的TiO2氧化物薄膜、制备方法及其应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN105931848B (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110098058A (zh) * | 2019-05-06 | 2019-08-06 | 吉林大学 | 一种基于CuTi2S4模板原位制备的Ti/Cu2-xSe对电极、制备方法及其应用 |
| CN112939482A (zh) * | 2021-01-15 | 2021-06-11 | 邵阳学院 | 一种TiO2纳米针薄膜及其制备方法 |
| CN114457356A (zh) * | 2022-01-26 | 2022-05-10 | 辽宁大学 | 一种光电催化制备氯气的方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103730536A (zh) * | 2013-12-25 | 2014-04-16 | 南昌航空大学 | 一种稀土硫化物量子点太阳能电池的制备及其应用 |
| CN104709941A (zh) * | 2015-03-16 | 2015-06-17 | 浙江大学宁波理工学院 | 一种Cu3BiS3微/纳片的制备方法 |
-
2016
- 2016-05-23 CN CN201610344545.3A patent/CN105931848B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103730536A (zh) * | 2013-12-25 | 2014-04-16 | 南昌航空大学 | 一种稀土硫化物量子点太阳能电池的制备及其应用 |
| CN104709941A (zh) * | 2015-03-16 | 2015-06-17 | 浙江大学宁波理工学院 | 一种Cu3BiS3微/纳片的制备方法 |
| CN104709941B (zh) * | 2015-03-16 | 2016-04-27 | 浙江大学宁波理工学院 | 一种Cu3BiS3微/纳片的制备方法 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| J.S.ZHONG等: ""Sovolthermal synthesis of flower-like Cu3BiS3 sensitized TiO2 nanotube arrays for enhancing photoelectrochemical performance"", 《JOURNAL OF ALLOYS AND COMPOUNDS》 * |
| JIANBO YIN等: ""Synthesis of Cu3BiS3 nanosheet films on TiO2 nanorod arrays by a solvothermal route and their photoelectrochemical characteristics"", 《CRYSTENGCOMM》 * |
| 刘炳坤: ""量子点敏化TiO2纳米结构太阳能电池中光阳极的构筑及其光电性质的研究"", 《中国博士学位论文全文数据库 工程科技Ⅰ辑》 * |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110098058A (zh) * | 2019-05-06 | 2019-08-06 | 吉林大学 | 一种基于CuTi2S4模板原位制备的Ti/Cu2-xSe对电极、制备方法及其应用 |
| CN112939482A (zh) * | 2021-01-15 | 2021-06-11 | 邵阳学院 | 一种TiO2纳米针薄膜及其制备方法 |
| CN112939482B (zh) * | 2021-01-15 | 2022-12-02 | 邵阳学院 | 一种TiO2纳米针薄膜及其制备方法 |
| CN114457356A (zh) * | 2022-01-26 | 2022-05-10 | 辽宁大学 | 一种光电催化制备氯气的方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN105931848B (zh) | 2018-04-06 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Sun et al. | Dye-sensitized solar cells with NiS counter electrodes electrodeposited by a potential reversal technique | |
| Bisquert | Dilemmas of dye-sensitized solar cells | |
| Jasim | Natural dye-sensitized solar cell based on nanocrystalline TiO2 | |
| CN107919403B (zh) | 一种高效硒碲化镉合金纳米晶太阳电池及其制备方法 | |
| CN102723208B (zh) | 一维氧化锌-二氧化钛核壳结构复合纳米线阵列的制备方法 | |
| Zhang et al. | Novel bilayer structure ZnO based photoanode for enhancing conversion efficiency in dye-sensitized solar cells | |
| CN105810442A (zh) | 一种g-C3N4增强型太阳能电池的制造方法 | |
| CN103871750B (zh) | 锐钛矿TiO2纳米树状阵列及其在太阳能电池制备中的应用 | |
| Minoura et al. | Electrodeposition of ZnO/dye hybrid thin films for dye-sensitized solar cells | |
| CN104952963B (zh) | 一种用于钙钛矿太阳能电池的TiO2‑ZnO异质结纳米棒的制备方法 | |
| CN103588808A (zh) | 基于poss的固态离子液体及其制备方法和应用 | |
| CN106128772B (zh) | 一种硫化铅量子点光伏电池的制备方法 | |
| CN105810832A (zh) | 基于优异导电性能氧化物优化的钙钛矿太阳能电池 | |
| CN105931848A (zh) | 一种在FTO上原位水热生长Cu3BiS3敏化的TiO2氧化物薄膜、制备方法及其应用 | |
| CN109065727A (zh) | 一种钙钛矿太阳能电池的制备方法 | |
| Khan et al. | Enhancing the efficiency of dye sensitized solar cells by using anatase and brookite mixed phases of TiO2 | |
| CN106531445A (zh) | 一种用于染料敏化太阳能电池对电极的多孔碳材料电极的制备方法 | |
| CN102254702A (zh) | 一种复合光阳极材料及在染料敏化电池制备中的应用 | |
| CN110808333A (zh) | 一种基于铜锌锡硫硒空穴传输层的钙钛矿太阳能电池及其制备方法 | |
| CN104465810A (zh) | 具有上转换层的铜锌锡硫硒类薄膜太阳能电池及其制备方法 | |
| CN101894678A (zh) | 海绵状量子点太阳能电池及其制备方法 | |
| Rahman et al. | Effect of N719 dye dipping temperature on the performance of dye-sensitized solar cell | |
| CN105957720A (zh) | 一种可调谐宽光谱响应的复合量子点敏化光电极的制备方法 | |
| Tractz et al. | Influence of deposition methodology and heating treatment on dye sensitized solar cell with natural extract | |
| CN102930995A (zh) | 一种量子点修饰有机无机杂化太阳能电池及其制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20180406 |