[发明专利]一种染料敏化太阳能电池用Cu2ZnSnS4/MWCNT纳米复合对电极及其制备方法

摘要

本发明涉及一种染料敏化太阳能电池用Cu₂ZnSnS₄/MWCNT纳米复合对电极及其制备方法，步骤如下：（1）采用热溶剂法合成直径在200～300纳米的Cu₂ZnSnS₄纳米颗粒；（2）MWCNT浸在硫酸和硝酸混合溶液中，改善其分散性；（3）将Cu₂ZnSnS₄/MWCNT纳米复合材料搅拌和超声处理，使复合材料混合均匀，将Cu₂ZnSnS₄/MWCNT溶解在去离子水中并通过超声处理形成“墨水”；（4）采用旋涂法将黑色“墨水”涂覆在导电基底上，然后在450～550℃下退火0.5～2h得到Cu₂ZnSnS₄/MWCNT复合对电极。该方法采用有良好耐腐蚀性能的Cu₂ZnSnS₄/MWCNT作为染料敏化太阳能电池的对电极，其比表面积大，催化和导电性能俱佳，生产成本低；采用该方法制备的电池光电转换效率可以与基于传统的Pt电极的电池相当，适合在染料敏化太阳能电池中应用并有利于其产业化发展。

主权项

一种染料敏化太阳能电池用Cu₂ZnSnS₄/MWCNT纳米复合对电极及其制备方法，其特征在于，由以下步骤制备而得：（1）将Cu₂SO₄、Zn(NO₃)₂和SnCl₄溶于去离子水搅拌均匀，加入乙二胺继续搅拌至溶液混合均匀；（2）将S粉溶解在联氨中机械搅拌均匀；（3）将上述（1）和（2）混合，机械搅拌得到混合均匀的混合液；（4）将上述混合液转移至反应釜进行水热反应；（5）将反应所得到产物用去离子水和无水乙醇清洗，真空干燥后得到Cu₂ZnSnS₄纳米颗粒；（6）将MWCNT溶于H₂SO₄（98%）和HNO₃混合液中，使管壁的官能团羧基化，优化MWCNT的分散性。（7）将MWCNT和CZTS纳米颗粒加入到异丙醇中，机械搅拌后超声处理，混合溶液在真空气氛下蒸发得到混合均匀的Cu₂ZnSnS₄/MWCNT纳米复合材料；（8）将Cu₂ZnSnS₄/MWCNT纳米复合材料溶于去离子水中,超声分散得到混合均匀的“墨水”，将Cu₂ZnSnS₄/MWCNT“墨水”涂覆在处理过的FTO上，形成对电极前驱体；（9）将制备好的对电极前驱体放入管式炉中在S气氛保护下退火即可获得以Cu₂ZnSnS₄/MWCNT为催化剂层的染料敏化太阳电池对电极。