CN103606462A - 一种NiS/Ni3S2用于染料敏化太阳能电池对电极的制备方法 - Google Patents

一种NiS/Ni3S2用于染料敏化太阳能电池对电极的制备方法 Download PDF

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付宏刚
廖永平
刑子鹏
周卫
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Abstract

本发明公开了一种NiS/Ni3S2用于染料敏化太阳能电池对电极的制备方法，与现有技术相比，本发明解决了在传统的铂对电极造价昂贵，将铂镀在FTO玻璃上工艺复杂，浪费原材料的问题。采用取一片一定大小的镍片放入水热釜，加入一定量的硫粉、表面活性剂CTAB、水合肼和去离子水；进而将步骤一中的混合物在一定温度下水热反应一定时间；再将步骤二反应完的镍片取出，用无水乙醇清洗，室温下干燥待用作对电极。本发明成本低廉，制备工艺简单。当加入表面活性剂和水合肼时，镍片上生成了NiS/Ni3S2，此时将其用作对电极具有较高的光电转换效率，接近传统的铂对电极效率，这为替代铂提供了可能。

Description

一种NiS/Ni3S2用于染料敏化太阳能电池对电极的制备方法
技术领域
本发明涉及一种太阳能电池，尤其涉及一种NiS／Ni3S2用于染料敏化太阳能电池对电极的制备方法。
背景技术
随着经济和社会的高速发展，人们对于能源的需求量越来越大，煤、石油和天然气等化石能源的过度开采造成的能源危机。同时，使用化石燃料所造成的环境污染问题已变得愈发严重。发展可持续的可再生能源对于人类社会经济的可持续发展起到至关重要的作用。在众多新能源中，太阳能具有储量丰富、环保无污染和地域限制较小等优点。太阳能电池是一种能够将太阳能转换成电能的光电转换器件，对太阳能的开发利用主要集中在光热转换、光电转换和光化学转换等三个方面。1991年，瑞士洛桑高等工业学院的教授Michael的研究小组将纳晶多孔薄膜电极引入到染料敏化太阳能电池(DSSCs)中，电池的光电转换效率达到7％，成为具有巨大应用潜力的新型太阳能电池之一。经过近二十年的发展，DSSCs的总的光电转换效率达到12％，产业化前景日趋明朗。
DSSCs主要由光阳极，对电极，电解液以及染料组成。对电极作为电池的正极，主要起到收集外电路的电子并将电解液还原的作用。传统的对电极材料为铂，但是由于铂造价昂贵，且制备对电极需要用到FTO玻璃，制备工艺较复杂。为解决这一问题，我们一直在寻找一种更廉价，更易得，能够替代铂的材料，使其能够达到与铂等同的或更好的光电转换效率。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种NiS／Ni3S2用于染料敏化太阳能电池对电极的制备方法。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
本发明包括以下步骤：
(1)取一片一定大小的镍片放入水热釜，加入一定量的硫粉、表面活性剂CTAB、水合肼和去离子水；
(2)将步骤一中的混合物在一定温度下水热反应一定时间；
(3)将步骤二反应完的镍片取出，用无水乙醇清洗，一定温度下干燥待用作对电极。
进一步，所述步骤(1)中所述的镍片的厚度为0.15mm，长×宽为2.5cm×1.5cm，加入硫粉、CTAB、水合肼、去离子水的量分别为2mmol、1.1mmol、2mL、28mL；所述步骤(2)中水热的温度为180℃，水热的时间为10h；所述步骤三中的干燥温度约为25℃。
本发明的有益效果在于：
本发明是一种NiS／Ni3S2用于染料敏化太阳能电池对电极的制备方法，与现有技术相比，本发明成本低廉，制备工艺简单。并且可以通过调节加入CTAB和水合肼的量，来调控硫化镍的形貌，从而影响电池的效率。当加入的CTAB和水合肼的量适中时，所制备的NiS／Ni3S2用作对电极具有最优异的光电转换效率，与铂作为对电极时的转换效率很接近。
附图说明
图1是本发明方法所制备的对电极的SEM图；
图2是本发明实施例一和实施例二以及对比实验实施例三所制备的电池的I-V曲线测试图。
图1中：a为实施例二所制备的对电极的SEM图，b为实施例一所制备的对电极的SEM图，c为实施例一所制备的对电极的放大SEM图，d为实施例一所制备的对电极的截面SEM图；
图2中：曲线A代表本发明实施例一所制备的电池的I-V曲线测试谱图；曲线B代表本发明实施例二所制备的电池的I-V曲线测试谱图；曲线C代表本发明对比试验实施例三所制备的电池的I-V曲线测试谱图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
本发明包括以下步骤：
(1)取一片一定大小的镍片放入水热釜，加入一定量的硫粉、表面活性剂CTAB、水合肼和去离子水；所述的镍片的厚度为0.15mm，长×宽为2.5cm×1.5cm，加入硫粉、CTAB、水合肼、去离子水的量分别为2mmol、1.1mmol、2mL、28mL；
(2)将步骤一中的混合物在一定温度下水热反应一定时间；水热的温度为180℃。
(3)将步骤二反应完的镍片取出，用无水乙醇清洗，一定温度下干燥待用作对电极；干燥温度约为25℃。
实施例一：
取一片0.15mm×1.5cm×2.5cm大小的镍片放入水热釜，加入2mmol的硫粉、1.1mmol表面活性剂CTAB、2mL水合肼和28mL去离子水；二、将步骤一中的混合物在180℃下水热10h；三、将步骤二反应完的镍片取出，用无水乙醇清洗，室温下干燥待用作对电极。
TiO2光阳极的制备：
按340mg：3mL：2mL的比例依次称取或者量取商业TiO2纳米粒子粉体材料、TiO2醇溶胶、无水乙醇；二、常温下搅拌2h，然后刮涂在含有单层晶态TiO2纳米粒子薄膜的导电玻璃上；三、将步骤二制备的光阳极放入马弗炉中，先以1℃／min的速度升温至100℃并保持30min，再以2℃／min的速度升温至450℃并保持30min得到传统晶态TiO2纳米粒子构筑的光阳极，膜的总厚度为10μm；制备的光阳极浸泡至N719染料中敏化48h，然后将所得到的敏化后的光阳极与对电极组装成电池，测试电池性能。
实施例二：
本实施例与实施例一不同的是步骤一中不加入CTAB和水合肼，去离子水的量为30mL。其它与实施例一相同。
实施例三：
传统Pt对电极的制备：
用微量注射器吸取20μL浓度为5mM的氯铂酸的无水异丙醇溶液，滴加到导电玻璃上，待自然干燥后，将对电极放至马弗炉中以1℃／min的速度升温至100℃并保持30min，再以2℃／min的速度升温至385℃并保持30min得到Pt对电极。
测试结果：
如图1和图2所示：从图中可以看出，加入CTAB和水合肼之后形成的棒状的硫化镍更有利于电池的光电转换效率的提高，是由于形成的NiS／Ni3S2更有利于I3-的还原，从而提高电池效率。其结果如下表所示：
Figure BSA0000097593720000041

Claims (4)

1.一种NiS／Ni3S2用于染料敏化太阳能电池对电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)取一片一定大小的镍片放入水热釜，加入一定量的硫粉、表面活性剂CTAB、水合肼和去离子水；
(2)将步骤一中的混合物在一定温度下水热反应一定时间；
(3)将步骤二反应完的镍片取出，用无水乙醇清洗，一定温度下干燥待用作对电极。
2.根据权利要求1所述的NiS／Ni3S2用于染料敏化太阳能电池对电极的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述的镍片的厚度为0.15mm，长×宽为2.5cm×1.5cm，加入硫粉、CTAB、水合肼、去离子水的量分别为2mmol、1.1mmol、2mL、28mL。
3.根据权利要求1所述的NiS／Ni3S2用于染料敏化太阳能电池对电极的制备方法，其特征在于：步骤(2)中水热的温度为180℃，水热的时间为10h。
4.根据权利要求1所述的NiS／Ni3S2用于染料敏化太阳能电池对电极的制备方法，其特征在于：步骤三中的干燥温度约为25℃。
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