復(fù)合薄膜對電極材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種C/Sb2S3復(fù)合薄膜對電極材料的制備方法，屬于染料敏化太陽能電 池對電極制備領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 染料敏化太陽能電池(DSSC)是自1991年瑞±科學(xué)家M. Gra位6:1取得突破性進(jìn)展W 來發(fā)展起來的一種新型光伏發(fā)電器件（參見化ture雜志，1991年，第353卷，第737頁）。運(yùn)種 新型的太陽能電池環(huán)境友好、制備工藝簡單，特別是在低成本方面具有突出優(yōu)勢（參見 J.Am.Chem.Soc.雜志，2011年，第133卷，第9304頁），成本估算表明只要電池的光電轉(zhuǎn)換效 率達(dá)到5%就具有應(yīng)用價(jià)值。
[0003] 作為染料敏化太陽能電池的重要組成部分，對電極主要用來收集外電路的光生電 子并實(shí)現(xiàn)電解質(zhì)中Ξ艦化物(13^)的還原，所W導(dǎo)電性和電催化活性是影響對電極材料性能 的關(guān)鍵因素。目前高性能的染料敏化太陽能電池主要采用鍛貴金屬Pt的導(dǎo)電玻璃作為對電 極，但是高成本極大地限制了染料敏化太陽能電池大規(guī)模器件的研發(fā)和廣泛應(yīng)用。研發(fā)低 成本、高效的非銷對電極一直是該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。2009年M. (3訪tzel組將CoS應(yīng)用于染 料敏化太陽能電池對電極，并獲得了與Pt對電極相當(dāng)?shù)男阅埽▍⒁奐.Am.Chem.Soc.雜志， 2009年，第131卷，第15976頁），自此，廉價(jià)的無 Pt對電極材料吸引了研究者們濃厚的研究興 趣。近年來，無機(jī)金屬化合物，包括金屬碳化物、氮化物、氧化物、硫化物和砸化物等對電極 材料的研究尤為活躍。金屬錬的硫化物Sb2S3在對電極方面已顯示出較好的電催化性能及應(yīng) 用前景(參見J.Wiys.Chem.C雜志，2013年，第117卷，第10285頁），但是薄膜的導(dǎo)電性能較差 限制了其催化性能的發(fā)揮，復(fù)雜的制備工藝也限制了其大規(guī)模的生產(chǎn)和應(yīng)用。另一方面，基 于碳材料(C)優(yōu)異的導(dǎo)電性，近年來，碳納米管、導(dǎo)電炭黑、活性炭和石墨廣泛地被應(yīng)用在染 料敏化太陽能電池對電極中（參力日J(rèn).Phys.化em.C雜志，2014年，第118卷，第16727頁）?；?運(yùn)一點(diǎn)，我們設(shè)計(jì)了 C/Sb2S3復(fù)合材料，并通過簡單的溶液和熱蒸發(fā)方法制備C/Sb2S3復(fù)合薄 膜，研究發(fā)現(xiàn)該復(fù)合薄膜具有優(yōu)異的電催化性能，是一種廉價(jià)、高效的新型對電極材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種新型高效的染料敏化太陽能電池對電極材料C/Sb2S3復(fù) 合薄膜及其制備方法，該材料在艦電解質(zhì)中表現(xiàn)出優(yōu)異的電催化性能，且制備工藝簡單可 控，有望取代貴金屬Pt獲得高性能染料敏化太陽能電池。
[000引本發(fā)明的技術(shù)方案包括W下步驟： 步驟一:將碳納米粒子和簇甲基纖維簇鋼分散至水中，均勻持續(xù)攬拌12-24h后得到碳 納米粒子溶膠。將溶膠旋涂至潔凈的FT0表面，經(jīng)過60~100°C真空干燥，得到C納米粒子薄 膜。
[0006] 步驟二：在二甲基甲酯胺（DMF)中逐次加入一定量的Ξ氯化錬（SbCb)和硫脈 (化），均勻持續(xù)攬拌一段時(shí)間后得到Sb-Tu前驅(qū)體溶液，將溶液旋涂至步驟一得到的C納米 粒子薄膜表面，然后將其放入氣氛爐中在升溫速率2~8°C/min、350~450T下退火處理0.5~1 小時(shí)，自然冷卻后即得到C/Sb2S3復(fù)合薄膜。本步驟中，SbCl3的濃度為l-2mM，硫脈的濃度為 1 -3mM，退火氣氛為化氣氛。
[0007] 或者，步驟Ξ:將Sb-Tu前驅(qū)體溶液的溶劑在空氣中蒸干，然后置于氣氛爐中400°C 下退火處理0.5~1小時(shí)，得到Sb2S3粉體。將一定量的粉體置于剛玉舟中，C納米粒子薄膜(導(dǎo) 電面朝下）蓋在剛玉舟之上，氣氛保護(hù)下在升溫速率2~8°C/min、350~550°C下恒溫?zé)嵴舭l(fā) lOmin~比，自然冷卻后即得到C/Sb2S3復(fù)合薄膜。本步驟中，Sb2S3粉體的用量為50-100mg，退 火氣氛為化或Ar，管式爐升溫速率2~8°C/min，熱蒸發(fā)溫度350~550°C，熱蒸發(fā)時(shí)間lOmin~化。
[0008] 本發(fā)明設(shè)計(jì)的C/Sb2S3復(fù)合薄膜可W充分利用C優(yōu)異的導(dǎo)電性和Sb2S3優(yōu)異的電催 化活性，實(shí)現(xiàn)兩者的協(xié)同促進(jìn)作用。所采用的薄膜制備工藝?yán)肅薄膜提供的多孔結(jié)構(gòu)，可 W實(shí)現(xiàn)C/Sb2S3的均勻復(fù)合，制備得到的C/Sb2S3薄膜具有均一性、可重復(fù)性好等優(yōu)點(diǎn)，并且 工藝簡單快捷。作為染料敏化太陽能電池對電極，其性能明顯優(yōu)于單一 Sb2S3對電極材料。
[0009] 本發(fā)明的優(yōu)勢在于： 1、設(shè)計(jì)制備C/Sb2S3復(fù)合薄膜，充分發(fā)揮Sb2S3優(yōu)異的電催化性能和C優(yōu)異的導(dǎo)電性，并 通過溶液及熱蒸發(fā)方法沉積Sb2S3薄膜，兩種制備工藝簡單快捷，節(jié)省原材料，制備得到的復(fù) 合薄膜具有很好的均一性和可重復(fù)性。
[0010] 2、研究表明，C/Sb2S3薄膜作為一種復(fù)合對電極材料，具有電催化性能高、導(dǎo)電性好 的優(yōu)點(diǎn)。在AM1.5模擬太陽光激發(fā)下，W溶液及熱蒸發(fā)方法制備的C/Sb2S3薄膜作為對電極分 別實(shí)現(xiàn)了最高光電轉(zhuǎn)換效率6.62%和6.45%，與Pt對電極器件的光電轉(zhuǎn)換效率相當(dāng)（6.89%)。 因此，C/Sb2S3薄膜具有優(yōu)異的對電極性能，可取代Pt作為新型高效的染料敏化太陽能電池 對電極材料。
[0011]
【附圖說明】
[001引圖巧制備的C納米粒子薄膜照片及SEM照片。
[001引圖2為制備的訊-Tu前驅(qū)體溶液照片。
[0014]圖3為實(shí)例1下制備的C/Sb2S褲膜沈Μ照片。
[001引圖4為W實(shí)例1制備的C/Sb2S褲膜作為對電極現(xiàn)聯(lián)得到的器件的J-V曲線。
[0016]圖5為將訊-Tu前驅(qū)體溶液溶劑蒸干并退火之后得到的Sb2S3粉體的邸姻譜與標(biāo)準(zhǔn) PDF卡片對比圖。
[00Π ]圖6為訊2S3粉體的SEM照片。
[0018] 圖7為W實(shí)例3制備的C/訊2S3薄膜作為對電極測試得到的器件的J-V曲線。
[0019]
【具體實(shí)施方式】： 實(shí)施例1 將碳納米粒子和簇甲基纖維簇鋼分散至水中得到碳納米粒子溶膠，將溶膠旋涂至滲雜 氣的Sn化的透明導(dǎo)電玻璃表面，經(jīng)過60~100T真空干燥，得到碳納米粒子薄膜； 在DMF中逐次加入ImM SbCb和2