CN102543477A - 一种金属硫化物催化电极的制备方法及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种金属硫化物催化电极的制备方法及其应用，将金属单质或金属硫化物中的任意一种或几种，和单质硫溶解于肼中，或者和硫的铵类盐或肼类盐中的任意一种或几种溶解于水或肼中，形成阳离子为NH4 +或N2H5 +，金属与硫元素结合形成阴离子的前驱体溶液；将所述的前驱体溶液涂覆到透明导电基底上，对所得吸附前驱体的透明导电基底进行加热退火处理，得金属硫化物催化电极。

Description

一种金属硫化物催化电极的制备方法及其应用
技术领域
本发明涉及量子点敏化太阳电池对电极制备技术领域，确切地说是一种金属硫化物催化电极的制备方法及其应用。
背景技术
太阳电池是各种清洁能源技术中最有效的技术方案之一，它对于解决人类发展过程中的能源与环境问题具有重要的意义。近年来涌现出了很多新型太阳电池技术，无机半导体敏化太阳电池即是其中低成本电池的代表。无机半导体量子点敏化太阳电池一般采用窄带隙的无机半导体量子点作为光敏化剂，将其沉积在宽禁带氧化物半导体薄膜电极上，与电解质以及对电极共同组装成电池。
无机半导体量子点敏化太阳电池常用的电解质为S2-/Sx 2-。太阳电池光照状态下工作时，电解质中的氧化态组分Sx 2-在对电极上获得电子被还原成S2-。因此对电极的电催化性能对电池的光电转换性能有重要的影响。常用的Pt催化电极在S2-/Sx 2-电解质中易发生中毒，催化活性将大为降低。目前适用于S2-/Sx 2-电解质的催化活性较高的电极为硫化亚铜电极。但是该电极是利用铜片在浓盐酸中腐蚀然后硫化制备而成，组装成电池时存在易变形等问题，且电池长期性能也受到影响。
本发明提供一种在导电玻璃或导电塑料基底上金属硫化物催化电极的制备方法及其应用，其具有工艺简单且催化活性高的优点。
发明内容
本发明的目的是提供一种工艺简单、催化活性高的金属硫化物催化电极的制备方法及其应用。
为了实现上述目的本发明采用如下技术方案：
金属硫化物催化电极的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）、反应物A：金属单质或金属硫化物中的任意一种或几种，将反应物A和单质硫溶解于肼中，或者和硫的铵类盐或肼类盐中的任意一种或几种溶解于水或肼中，形成阳离子为NH4 +或N2H5 +，金属与硫元素结合形成阴离子的前驱体溶液；
（2）、将步骤（1）所述的前驱体溶液涂覆到透明导电基底上；
（3）、对步骤（2）所得吸附前驱体的透明导电基底进行加热退火处理，控制温度范围在50℃-500℃之间，得金属硫化物催化电极；
所述的金属硫化物催化电极的制备方法，其特征在于：所述的单质金属选自Sn、In、Zn、Cu、Ge、Sb、Mo中的任意一种。
所述的金属硫化物催化电极的制备方法，其特征在于：所述的金属硫化物选自SnS2、In2S3、ZnS2、Cu2S、GeS2、Sb2S3、MoS2、CuInS2中的任意一种。
所述的金属硫化物催化电极的制备方法，其特征在于：所述的前驱体溶液涂覆到透明导电基底上采用流延、滴涂、旋涂、浸渍提拉、丝网印刷或喷墨打印的方法。
所述的金属硫化物催化电极的制备方法，其特征在于所述的透明导电基底是导电玻璃或导电塑料薄膜。
所述的金属硫化物催化电极的应用，其特征在于：所述的金属硫化物催化电极在量子点敏化太阳电池上的应用，将金属硫化物催化电极与量子点敏化电极、电解质组装成量子点敏化太阳电池。
本发明的优点：
本发明的金属硫化物催化电极原材料来源丰富，避免使用贵金属铂，大大降低了成本；
本发明的金属硫化催化电极用于量子点敏化太阳电池具有较高的催化活性，可以获得更高的光电转化性能；
本发明为基于溶液的一种制备方法，易于大规模制备，具有工业化前景。
附图说明
图1为本发明制备流程示意图。
图2为量子点敏化太阳电池结构示意图。
图3为使用本方法获得的Cu2S对电极与使用Pt对电极的CdS和CdSe共敏化二氧化钛太阳电池电流电压曲线对比图。
具体实施方式
下面介绍本发明的实施示例，但本发明绝非限于实施例：
实施例1：Cu2S催化电极的制备
取1mmol硫化亚铜粉末，2mmol升华硫，加入到肼中，在室温下搅拌，得到浅黄色的N4H9Cu7S4前驱体溶液；将该前驱体溶液用喷涂法喷涂到FTO玻璃上，在氩气气氛下120度退火，获得Cu2S对电极。
实施例2：Cu2S催化电极应用于量子点敏化太阳电池
取1mmol硫化亚铜粉末，2mmol升华硫，加入到肼中，在室温下搅拌，得到浅黄色的N4H9Cu7S4前驱体溶液；将该前驱体溶液用喷涂法喷涂到FTO玻璃上，在氩气气氛下120度退火，获得Cu2S对电极；将该对电极与硫化镉硒化镉共敏化二氧化钛纳晶多孔薄膜电极、多硫电解质（1M Na2S, 1M S, 0.1M NaOH）组装获得量子点敏化太阳电池。

Claims (6)

1.一种金属硫化物催化电极的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）、反应物A：金属单质或金属硫化物中的任意一种或几种，将反应物A和单质硫溶解于肼中，或者硫的铵类盐或肼类盐中的任意一种或几种溶解于水或肼中，形成阳离子为NH4 +或N2H5 +，金属与硫元素结合形成阴离子的前驱体溶液；
（2）、将步骤（1）所述的前驱体溶液涂覆到透明导电基底上；
（3）、对步骤（2）所得吸附前驱体的透明导电基底进行加热退火处理，控制温度范围在50℃-500℃之间，得金属硫化物催化电极。
2.根据权利要求1所述的金属硫化物催化电极的制备方法，其特征在于：所述的单质金属选自Sn、In、Zn、Cu、Ge、Sb、Mo中的任意一种。
3.根据权利要求1所述的金属硫化物催化电极的制备方法，其特征在于：所述的金属硫化物选自SnS2、In2S3、ZnS2、Cu2S、GeS2、Sb2S3、MoS2、CuInS2中的任意一种。
4.根据权利要求1所述的金属硫化物催化电极的制备方法，其特征在于：所述的前驱体溶液涂覆到透明导电基底上采用流延、滴涂、旋涂、浸渍提拉、丝网印刷或喷墨打印的方法。
5.根据权利要求1所述的金属硫化物催化电极的制备方法，其特征在于所述的透明导电基底是导电玻璃或导电塑料薄膜，控制温度范围在80℃-120℃之间。
6.一种如权利要求1所述的金属硫化物催化电极的应用，其特征在于：所述的金属硫化物催化电极在量子点敏化太阳电池上的应用，将金属硫化物催化电极与量子点敏化电极、电解质组装成量子点敏化太阳电池。
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