專利名稱：一種用于量子點(diǎn)敏化太陽電池的Cu_xS(x=1–2)對電極的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬量子點(diǎn)敏化太陽電池制造領(lǐng)域，尤其涉及一種用于量子點(diǎn)敏化太陽電池的CuxS (x=l - 2)對電極的制備方法。
背景技術(shù)：
太陽能光伏發(fā)電，可視為迄今為止最美妙、最長壽和最可靠的發(fā)電技術(shù)。經(jīng)歷了一百多年的歷史，已經(jīng)從第一代晶體硅太陽電池發(fā)展到了第三代太陽電池。染料敏化太陽電池(DSCs)因其具有廉價的成本(其制作成本僅為硅太陽電池的1/5-1/10)和簡單的制作工藝，被譽(yù)為最有應(yīng)用前景的太陽電池之一。目前，DSCs光電轉(zhuǎn)化效率超過了 12%，并且各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)已經(jīng)很接近實(shí)際應(yīng)用的要求。近年來，作為染料敏化劑的替代品，量子點(diǎn)敏化劑逐漸受到了普遍重視。和染料相t匕，半導(dǎo)體量子點(diǎn)具有較高的消光系數(shù)，可以通過調(diào)制其尺寸改變能隙大小實(shí)現(xiàn)光學(xué)帶隙的調(diào)節(jié)，達(dá)到對太陽光譜的最大利用。同時，量子點(diǎn)具有多激子產(chǎn)生效應(yīng)，顯著提升太陽電池的量子效率，有望實(shí)現(xiàn)更高的光電轉(zhuǎn)換效率。目前，主要利用原位生長法和化學(xué)吸附法將不同化學(xué)組分的量子點(diǎn)生長在寬禁帶半導(dǎo)體電極表面，同時利用鉬、金、碳、金屬硫化物以及通過腐蝕銅片得到的硫化亞銅對電極制備量子點(diǎn)敏化太陽電池。但是，這幾種對電極都存在著一定的問題，比如鉬、金等貴金屬對電極在多硫電解質(zhì)中易中毒，催化活性不高且成本較高；碳對電極雖然價格低廉但活性仍不能達(dá)到滿足電池高效率工作的水平；大多數(shù)金屬硫化物對電極需要通過溶劑熱等復(fù)雜物理化學(xué)過程制備出來后再通過旋涂或者絲網(wǎng)印刷法獲得；通過腐蝕銅片得到的硫化亞銅對電極盡管克服了成本和活性兩方面的問題，但由于電解液持續(xù)不斷地腐蝕銅片會導(dǎo)致電解液組分改變并且存在難以封裝的問題，因此也很難達(dá)到實(shí)用化的需要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提供一種簡單易行、可大面積制備、與導(dǎo)電玻璃等基體結(jié)合緊密且能夠提高量子點(diǎn)敏化太陽電池的光電轉(zhuǎn)化效率的用于量子點(diǎn)敏化太陽電池的CuxSOc=1- 2)對電極的制備方法，其在導(dǎo)電玻璃上通過熱蒸發(fā)法獲得CuxS(x=l-2)對電極，通過熱處理提高結(jié)晶性以進(jìn)一步提高量子點(diǎn)敏化太陽電池的光電轉(zhuǎn)換效率。為了實(shí)現(xiàn)上述目的本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:—種用于量子點(diǎn)敏化太陽電池的CuxSU=1- 2)對電極，其特征在于:所述的電極材料是一種銅的硫化物材料CuxS (X = 1- 2)。所述的一種用于量子點(diǎn)敏化太陽電池的CuxSU=1- 2)對電極，其特征在于:銅的硫化物材料CuxSOc = 1-2)是利用熱蒸發(fā)法制備。所述的用于量子點(diǎn)敏化太陽電池的CuxSU=1-2)對電極的制備方法，其特征在于:將基體經(jīng)過清洗、吹干后放入熱蒸發(fā)腔中，待熱蒸發(fā)腔達(dá)到一定真空度后，開始蒸發(fā)Cu2S和硫粉的混合物，將獲得的CuxSU=1- 2)取出，放入爐中在空氣氣氛中后退火一定時間取出。所述的用于量子點(diǎn)敏化太陽電池的CuxSOc=1-2)對電極的制備方法，其特征在于:將FTO導(dǎo)電玻璃經(jīng)過乙醇、丙酮超聲清洗、吹干后放入熱蒸發(fā)腔中，經(jīng)過機(jī)械泵、分子泵抽真空至2X 10_2 Pa左右后，開始蒸發(fā)Cu2S和S粉的混合物，其中Cu2S和S粉的摩爾比為1:0.8-1.2，獲得的CuxS(x=l -2)對電極厚度為200_500nm，將CuxS(x=l - 2)對電極切成小塊后分別放入管式爐中空氣中退火后取出，即得到用于量子點(diǎn)敏化太陽電池的CuxS (x=l - 2)對電極。所述的用于量子點(diǎn)敏化太陽電池的CuxSOc=1-2)對電極的制備方法，其特征在于:&14和S粉的摩爾比為1:0.8-1.2。所述的用于量子點(diǎn)敏化太陽電池的CuxSU=1-2)對電極的制備方法，其特征在于:退火300-3600秒。本發(fā)明的有益效果:1、CuxS(x=l -2)與導(dǎo)電玻璃等基體結(jié)合的更牢固，增強(qiáng)了其穩(wěn)定性，并便于電池封裝；2、可以實(shí)現(xiàn)大面積一步法制備用于量子點(diǎn)敏化太陽電池的對電極，降低了電池的制造成本。3、與金和鉬電極相比，CuxSU=1-2)對電極可以明顯降低電子的傳輸電阻，有利于獲得較好的光電轉(zhuǎn)換效率。


圖1是利用不同熱處理時間下獲得的CuxSU=1- 2)對電極組裝的量子點(diǎn)敏化太陽電池在100毫瓦/平方厘米的模擬太陽光照射下的電流-電壓曲線；圖2是本發(fā)明的對電極與傳統(tǒng)的鉬對電極和腐蝕銅片所得Cu2S對電極制備的量子點(diǎn)敏化太陽電池的性能比較。
具體實(shí)施方式
、以下參照具體的實(shí)施例來說明本發(fā)明。這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明的目的，其不以任何方式限制本發(fā)明的范圍。[實(shí)施例]:將FTO導(dǎo)電玻璃經(jīng)過乙醇、丙酮超聲清洗吹干后放入熱蒸發(fā)腔中，經(jīng)過機(jī)械泵、分子泵抽真空至2X10_2 Pa后，開始蒸發(fā)Cu2S和S粉的混合物。其中&123和3粉的摩爾比為1:1。獲得的CuxS(x=l - 2)對電極厚度為200-500nm。將CuxS(x=l - 2)對電極切成小塊后分別放入管式爐中空氣中退火300秒，480秒，1800秒，3600秒后取出，即得到用于量子點(diǎn)敏化太陽電池的CuxSU=1- 2)對電極。將上述實(shí)施例的對電極組裝成量子點(diǎn)敏化太陽電池進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換效率測試，其中光陽極為采用絲網(wǎng) 印刷法制備的納米二氧化鈦多孔薄膜。量子點(diǎn)敏化劑為連續(xù)離子層吸附反應(yīng)法(SILAR)制備的硫化鎘和硒化鎘。電解液為IM硫化鈉和IM單質(zhì)硫的水溶液，測試結(jié)果如圖1所示。作為對比，在FTO導(dǎo)電玻璃上沉積了鉬(熱解法)對電極及電解液腐蝕銅片所得到的Cu2S對電極，其光電轉(zhuǎn)換效率如表I所示。結(jié)果表明利用300秒退火獲得的CuxSU=1- 2)對電極組裝的量子點(diǎn)敏化太陽電池在100毫瓦/平方厘米的模擬太陽光照射下具有最佳光電轉(zhuǎn)換效率，如圖1所示，其開路光電壓0.50伏，短路光電流11.63毫安/平方厘米，填充因子53.98%，能量轉(zhuǎn)換效率
3.16%。與鉬對電極相比，電池的短路電流、填充因子、光電轉(zhuǎn)換效率大幅提高，與銅片上的對電極相比雖然短路電流密度略低，但較大的填充因子使其具有更高的光電轉(zhuǎn)換效率，因此是一種更加優(yōu)良的對電極。表I
權(quán)利要求
1.一種用于量子點(diǎn)敏化太陽電池的CuxSOc=1- 2)對電極，其特征在于:所述的電極材料是一種銅的硫化物材料CuxS (X = 1- 2)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于量子點(diǎn)敏化太陽電池的CuxS(x=l -2)對電極，其特征在于:銅的硫化物材料CuxSU = 1-2)是利用熱蒸發(fā)法制備。
3.—種如權(quán)利要求1所述的用于量子點(diǎn)敏化太陽電池的CuxSU=1- 2)對電極的制備方法，其特征在于:將基體經(jīng)過清洗、吹干后放入熱蒸發(fā)腔中，待熱蒸發(fā)腔達(dá)到一定真空度后，開始蒸發(fā)Cu2S和硫粉的混合物，將獲得的CuxS (x=l - 2)取出，放入爐中在空氣氣氛中后退火一定時間取出。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于量子點(diǎn)敏化太陽電池的CuxSU=1-2)對電極的制備方法，其特征在于:將FTO導(dǎo)電玻璃經(jīng)過乙醇、丙酮超聲清洗、吹干后放入熱蒸發(fā)腔中，經(jīng)過機(jī)械泵、分子泵抽真空至2 X 10_2 Pa左右后，開始蒸發(fā)Cu2S和S粉的混合物，其中Cu2S和S粉的摩爾比為1:0.8-1.2，獲得的CuxS (x=l -2)對電極厚度為200_500nm，將CuxS (x=l - 2)對電極切成小塊后分別放入管式爐中空氣中退火后取出，即得到用于量子點(diǎn)敏化太陽電池的CuxS (x=l - 2)對電極。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于量子點(diǎn)敏化太陽電池的CuxSU=1-2)對電極的制備方法，其特征在于=Cu2S和S粉的摩爾比為1: 0.8-1.2。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于量子點(diǎn)敏化太陽電池的CuxSU=1-2)對電極的制備方法，其特征在于:退火300 -3600秒。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于量子點(diǎn)敏化太陽電池的CuxS(x=1–2)對電極的制備方法，將不同比例的硫化亞銅粉末和單質(zhì)硫粉末混合，利用熱蒸發(fā)法在導(dǎo)電玻璃等基體上制作成對電極，與光陽極和電解液組成量子點(diǎn)敏化太陽電池。其制備工藝簡單，可大面積制備，容易制得高效率、低成本的對電極，適合于各種量子點(diǎn)敏化太陽電池的制作。
文檔編號H01G9/042GK103219159SQ20131005396
公開日2013年7月24日 申請日期2013年2月20日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月20日
發(fā)明者董偉偉, 周曙, 王時茂, 鄧贊紅, 邵景珍, 方曉東 申請人:中國科學(xué)院安徽光學(xué)精密機(jī)械研究所