CN105977033B - 一种超薄菱形截面硫硒化钴复合纳米阵列的制备方法 - Google Patents
一种超薄菱形截面硫硒化钴复合纳米阵列的制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种超薄菱形截面硫硒化钴复合纳米阵列的制备方法，将硝酸钴溶于蒸馏水中，再加入氯化铵和尿素，将溶液搅拌混合均匀后转入含有导电玻璃的水热反应釜中，然后于120‑150℃水热反应30‑60min，冷却至室温后用蒸馏水反复冲洗得到表面覆盖有碱式碳酸钴的导电玻璃片；将硒粉和硫粉充分研磨混合后置于瓷舟内，再将表面覆盖有碱式碳酸钴的导电玻璃片置于瓷舟内，然后将瓷舟置于管式炉内并通入保护气，于450℃反应1‑3h后得到超薄菱形截面硫硒化钴复合纳米阵列。本发明制得的硫硒化钴复合纳米阵列具有较大的比表面积并提供了良好的电子传输孔道，因而表现出良好的电化学特性和催化性能，能够很好地应用于量子点敏化太阳能电池的对电极。
Description
技术领域
本发明属于太阳能电池技术领域，具体涉及一种超薄菱形截面硫硒化钴复合纳米阵列的制备方法。
背景技术
太阳能具有廉价、无污染和运行安全等特点，并且取之不尽用之不竭，因此成为最具开发潜力的新能源之一。而量子点敏化太阳能电池作为第三代高效太阳能电池，具有成本低廉、制作简单和理论效率较高的优点，成为目前新能源领域关注的热点。
过渡金属的硫硒三元复合物具有独特的结构而表现出优异的物理特性和化学特性，同时兼具金属硫化物和金属硒化物的双重优越性，使其具有广泛的应用前景。目前合成硫硒三元复合物的方法主要有高温热分解法、溶剂热合成法和模板法，然而这些合成方法普遍存在工艺复杂、条件苛刻和产品性能不够理想的缺陷。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供了一种成本低廉且工艺条件温和的超薄菱形截面硫硒化钴复合纳米阵列的制备方法，该方法制得的硫硒化钴复合纳米阵列因其特殊的形貌使其较大的比表面积并且提供了良好的电子传输通道，另外该方法制得的硫硒化钴复合纳米阵列具有镜面反射效应，可以重复吸收透过光阳极的部分太阳光，提高了对太阳光的利用率。此外该对电极可以避免电解液对电极材料的腐蚀，提高光伏器件的稳定性。
本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案，一种超薄菱形截面硫硒化钴复合纳米阵列的制备方法，其特征在于具体步骤为：
步骤（1），表面覆盖有碱式碳酸钴的导电玻璃片的制备，将硝酸钴、氯化铵与尿素按照摩尔比1:2:5溶于蒸馏水中，，搅拌混合均匀后转入含有导电玻璃的水热反应釜中，然后于120-150℃水热反应30-60min，冷却至室温后用蒸馏水反复冲洗得到表面覆盖有碱式碳酸钴的导电玻璃片；
步骤（2），超薄菱形截面硫硒化钴复合纳米阵列的制备，将硒粉和硫粉充分研磨混合后置于瓷舟内，所用硒粉和硫粉总质量为1mmol硝酸钴对应0.16g，硒粉和硫粉质量比为1:1—3:1。再将步骤（1）得到的表面覆盖有碱式碳酸钴的导电玻璃片置于瓷舟内，然后将瓷舟置于管式炉内并通入保护气，于450℃反应1-3h后将导电玻璃片取出并清洗干净，再置于真空干燥箱内干燥得到超薄菱形截面硫硒化钴复合纳米阵列。所得到的超薄菱形截面硫硒化钴复合纳米阵列垂直于导电玻璃片生长且厚度为300-500nm。
进一步优选，步骤（2）中的保护气为氮气或氩气。
本发明制备方法简单，反应条件温和，制得的硫硒化钴复合纳米阵列具有较大的比表面积并提供了良好的电子传输通道，因而表现出良好的电化学特性和催化性能，在量子点敏化太阳能电池中具有广阔的应用前景，能够很好地应用于太阳能电池的对电极。
附图说明
图1是本发明实施例1制得的碱式碳酸钴纳米阵列的俯视扫描电镜图；
图2是本发明实施例1制得的硫硒化钴复合纳米阵列的俯视扫描电镜图；
图3是本发明实施例1制得的硫硒化钴复合纳米阵列的截面扫描电镜图。
具体实施方式
以下通过实施例对本发明的上述内容做进一步详细说明，但不应该将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明上述内容实现的技术均属于本发明的范围。
实施例1
（1）将5mmol硝酸钴溶解于50mL蒸馏水中，再加入10mmol氯化铵和25mmol尿素，将溶液搅拌均匀后转入水热反应釜中且该水热反应釜中放有导电玻璃（FTO）片，然后于120℃水热反应30min，冷却至室温后用蒸馏水反复冲洗得到表面覆盖有碱式碳酸钴的导电玻璃（FTO）片；
（2）将硒粉和硫粉充分研磨后平铺于瓷舟内，其中硒粉与硫粉的质量比为3:1，硒粉与硫粉的总质量为0.8g，然后将步骤（1）得到的表面覆盖有碱式碳酸钴的导电玻璃片置于瓷舟内，将该瓷舟置于管式炉内并继续通入氩气，于450℃反应1h后将导电玻璃片取出清洗干净，再置于真空干燥箱内干燥，最后得到硫硒化钴复合纳米阵列。
图1为本实施例制得的表面覆盖有碱式碳酸钴的导电玻璃片的俯视扫描电镜图，由图可知通过步骤（1）制得了高密度、尺寸均一、表面光滑的菱形碱式碳酸钴的纳米棒状阵列。
图2为本实施例制得的表面覆盖有硫硒化钴复合纳米阵列的导电玻璃片的俯视扫描电镜图，由图可知通过步骤（2）制得的硫硒化钴复合纳米阵列仍保持有菱形截面，且菱形截面表面粗糙，颗粒尺寸变小。
图3为本实施例制得的硫硒化钴复合纳米阵列的截面扫描图，从图中可以看到，该硫硒化钴复合纳米阵列垂直于导电玻璃片生长且厚度约为300-500nm。
将该硫硒化钴复合纳米阵列用于量子点敏化太阳能电池对电极，与用黄铜片作对电极的电池比较。用黄铜片作为太阳能电池的对电极开路电压、短路电流、填充因子和效率分别为0.576V、13.87mA/cm2、0.543和4.34%，而用本实施例制得的硫硒化钴复合纳米阵列作为太阳能电池的对电极开路电压、短路电流、填充因子和效率分别为0.578V、14.84mA/cm2、0.499和4.28%，这说明制备的超薄菱形截面硫硒化钴复合纳米阵列由于其较大的比表面积和良好的电子传输通道，有利于电子的快速传输，从而具有较低的复合电阻，表现出了良好的催化活性，达到了与传统铜片电极相当的性能。此外，由于该硫硒化钴复合纳米阵列，可以避免电解液与电极材料的腐蚀反应，提高了其性能稳定性。
实施例2
（1）将5mmol硝酸钴溶解于50mL蒸馏水中，再加入10mmol氯化铵和25mmol尿素，将溶液搅拌均匀后转入水热反应釜中且该水热反应釜中放有导电玻璃（FTO）片，然后于120℃水热反应1h，冷却至室温后用蒸馏水反复冲洗得到表面覆盖有碱式碳酸钴的导电玻璃（FTO）片；
（2）将硒粉和硫粉充分研磨后平铺于瓷舟内，其中硒粉与硫粉的质量比为1:1，硒粉与硫粉的总质量为0.8g，然后将步骤（1）得到的表面覆盖有碱式碳酸钴的导电玻璃片置于瓷舟内，将该瓷舟置于管式炉内并继续通入氮气，于450℃反应1h后将导电玻璃片取出清洗干净，再置于真空干燥箱内干燥，最后得到硫硒化钴复合纳米阵列。
实施例3
（1）将5mmol硝酸钴溶解于50mL蒸馏水中，再加入10mmol氯化铵和25mmol尿素，将溶液搅拌均匀后转入水热反应釜中且该水热反应釜中放有导电玻璃（FTO）片，然后于150℃水热反应30min，冷却至室温后用蒸馏水反复冲洗得到表面覆盖有碱式碳酸钴的导电玻璃（FTO）片；
（2）将硒粉和硫粉充分研磨后平铺于瓷舟内，其中硒粉与硫粉的质量比为1:1，硒粉与硫粉的总质量为0.8g，然后将步骤（1）得到的表面覆盖有碱式碳酸钴的导电玻璃片置于瓷舟内，将该瓷舟置于管式炉内并继续通入氩气，于450℃反应3h后将导电玻璃片取出清洗干净，再置于真空干燥箱内干燥，最后得到硫硒化钴复合纳米阵列。
以上实施例描述了本发明的基本原理、主要特征及优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明原理的范围下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进均落入本发明保护的范围内。
Claims (2)
1.一种超薄菱形截面硫硒化钴复合纳米阵列的制备方法，其特征在于具体步骤为：
步骤（1），表面覆盖有碱式碳酸钴的导电玻璃片的制备，将硝酸钴溶于蒸馏水中，再加入氯化铵和尿素，将溶液搅拌混合均匀后转入含有导电玻璃的水热反应釜中，然后于120-150℃水热反应30-60min，冷却至室温后用蒸馏水反复冲洗得到表面覆盖有碱式碳酸钴的导电玻璃片，所述硝酸钴、氯化铵与尿素的摩尔比为1:2:5；
步骤（2），超薄菱形截面硫硒化钴复合纳米阵列的制备，将硒粉和硫粉充分研磨混合后置于瓷舟内，再将步骤（1）得到的表面覆盖有碱式碳酸钴的导电玻璃片置于瓷舟内，然后将瓷舟置于管式炉内并继续通入保护气，于450℃反应1-3h后将导电玻璃片取出并清洗干净，再置于真空干燥箱内干燥得到超薄菱形截面硫硒化钴复合纳米阵列，该超薄菱形截面硫硒化钴复合纳米阵列垂直于导电玻璃片生长且厚度为300-500nm，所述硒粉和硫粉的投料总质量为1mmol硝酸钴对应硒粉和硫粉的总质量为0.16g，硒粉与硫粉的质量比为1-3:1。
2.根据权利要求1所述的超薄菱形截面硫硒化钴复合纳米阵列的制备方法，其特征在于：步骤（2）中的保护气为氮气或氩气。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |