[发明专利]一种太阳能电池Cu2S/FTO对电极及其电化学沉积制备方法

说明书

技术领域

本发明属于太阳能电池技术领域，具体涉及一种太阳能电池Cu₂S/FTO对电 极及其电化学沉积制备方法。

背景技术

随着人类对化石燃料的消耗，环境问题和能源问题日益突出，开发新能源是 有效的解决途径。太阳能是理想的新能源之一，而能将太阳能转化为电能的太阳 能电池是最为可行、有效的光电直接转化的形式。量子点敏化太阳能电池 (QDSCs)是第三代太阳能电池的其中一类，由于其成本低，理论转化效率高， 因此在学术领域和工业领域均备受关注。自1998年，Nozik等首次提出了量子 点敏化太阳能电池的概念，在此后的几十年中，对QDSCs的研究越来越多，至 今QDSCs的最高光电转化效率达到了8.21％，成为最有前景的光伏发电发展方 向之一。

对于QDSCs的研究包括氧化物薄膜结构，量子点的研发、设计和优化等方 面的研究。除此之外，QDSCs的电解质和对电极的研究对提高太阳能电池的性 能的至关重要。对电极的主要作用是收集光阳极从外电路传输过来的电子和催化 电极上的氧化还原电对再生以维持电池正常工作，因此理想的对电极材料必须对 氧化还原电对有很好的催化活性且在电解质溶液环境中能稳定存在。目前 QDSCs最常用的电解液为S^2-/Sn^2-多硫电解质，也有少数使用Co²⁺/Co³⁺基或 其它电解质，而S^2-/Sn^2-多硫电解液也是QDSCs的最理想电解液。在DSSCs 中通常被用作对电极的Pt电极，在I^﹣/I₃^﹣电解液中有比较好的催化活性和稳定 性，但是在S^2-/Sn^2-电解液中Pt容易“中毒”而降低催化活性，导致QDSCs的 填充因子普遍较低，光电转换效率(PCE)也普遍很低。

为解决上述问题，人们对各种非铂材料进行了研究，主要为硫化物材料包括 Cu₂S、CoS、PbS，以及其他材料，如Cu₂ZnSnS₄、TiC、各种羰基材料(纳米 碳管、纳米碳球、纳米炭黑、多孔碳球)和各种导电聚合物材料等。其中Cu₂S 由于其较优的催化活性和稳定性而成为目前QDSCs中应用最为广泛的对电极。 目前制备Cu₂S对电极的常用方法是以黄铜片为原材料，先用浓盐酸对黄铜片在 70℃条件下进行预处理，然后用多硫电解质溶液硫化的方法，得到Cu₂S/Cu对 电极(BingGao,ChaoShen,ShuanglongYuanetal.Influenceofnanocrystal sizeonthequantumdotssensitizedsolarcells’performancewithlow temperaturesynthesizedCdSequantumdots[J].JournalofAlloysand Compounds,2014,612:323-329.)。然而这种原位制备法在硫化的过程中容易对 铜基也造成腐蚀，引起电极的机械稳定性差和电解质溶液泄露等问题。为了克服 Cu₂S/Cu对电极的缺点，人们对其他制备Cu₂S对电极的方法进行了研究。包括 用丝网印刷的方法将制备好的Cu₂S纳米粒子和导电碳涂在FTO上(DengM.H., HuangS.Q.,ZhangQ.X.etal.Screen-printedCu2S-basedCounterElectrode forQuantum-dot-sensitizedSolarCell.Chem.Lett.2010,39,1168-1170.)或 制备Cu₂S和氧化石墨烯复合材料作为对电极(RadichJ.G.,DwyerR.,Kamat,P. V.Cu2SReducedGrapheneOxideCompositeforHigh-EfficiencyQuantum DotSolarCells.OvercomingtheRedoxLimitationsofS^2-/Sn^2-attheCounter Electrode.J.Phys.Chem.Lett.2011,2,2453-2460.)，但是以此对电极组装 的太阳能电池性能还是不及以Cu₂S/Cu为对电极组装的太阳电池。