[發明專利]高效低成本染料敏化太陽能電池對電極材料一維銅銦硫-硫化鋅異質結納米晶的制備方法

有效

• 申請號: 201310024874.6
• 申請日: 2013-01-23
• 公開（公告）號: CN103137340A
• 公開（公告）日: 2013-06-05
• 發明（設計）人: 王丹;易落新;毛丹
• 申請（專利權）人: 中國科學院過程工程研究所;佛山市高明區（中國科學院）新材料專業中心
• 主分類號: H01G9/20
• 分類號: H01G9/20;H01G9/042
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及銅銦硫-硫化鋅的制備方法，具體地說是涉及一種高效低成本的染料敏化太陽能電池的對電極材料一維銅銦硫-硫化鋅的異質結納米晶的制備方法。?

背景技術

染料敏化太陽能電池采用鉑作為對電極材料，但是由于鉑在地殼中含量稀少，而且冶煉困難，從而成本較高，成為染料敏化電池不能大規模生產的一個重要原因。由無機半導體材料制備的染料敏化太陽能電池的對電極，由于在I^-/I^3-電解質進行電子傳導的過程中具有高于鉑的催化能力，成為了鉑電極材料的替代者之一。而將無機半導體材料做成納米材料，分散于溶劑中，通過印刷的方式制成薄膜既減小能耗，方法簡單，能很大程度上降低成本，而且能制備大面積薄膜，有利于大規模生產。?

本發明制備的是一維無機半導體CuInS₂-ZnS異質結納米材料，其中CuInS₂和ZnS都具有在I^-/I₃^-電解質進行電子傳導的過程中的催化活性，同時將這兩種材料結合在一起，產生協同效應，另外還存在兩種不同的材料組成所產生異質結界面，賦予兩種半導體材料各自單一使用都不能具備的催化活性，同時一維異質結構納米材料還具備獨特的電子傳導能力，能進一步提高材料的性能。?

迄今為止，一維異質結納米材料的合成可以歸納于兩個不同的生長模式：外延生長法和催化劑輔助生長法。在外延生長的模式下，先形成CuInS₂納米晶體，以其為種子外延生長ZnS半導體，由于CuInS₂是一種陽離子缺陷的半導體，高溫時能吸收Zn離子形成CuInS₂-ZnS的固溶體。而催化劑輔助生長法只能合成Si、Ge和SiO₂等簡單的納米線異質結，不能合成三元的CuInS₂,形成不了CuInS₂-ZnS異質結納米材料。?

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術在制備相分離的CuInS₂-ZnS納米材料的困難，提供一種高效低成本的染料敏化太陽能電池的對電極材料一維CuInS₂-ZnS的異質結納米晶的制備方法。?

本發明的目的是通過如下的技術方案實現的：?

本發明提供一種高效低成本的染料敏化太陽能電池的對電極材料一維CuInS₂-ZnS的異質結納米晶的制備方法。其為利用高溫熱分解法，在高溫溶劑中加入Cu₂S-ZnS異質結構納米晶作為種子晶體，然后引入醋酸銦，高溫加熱產生游離的銦離子，進入種子的硫化銅相，生成CuInS₂相，與原來種子晶體上的ZnS一起形成CuInS₂-ZnS異質結構的納米晶。具體包括如下的步驟：?

1)將乙酰丙酮銅溶于十二硫醇中，并在190—210℃下加熱20—30分鐘；?

2)將與乙酰丙酮銅等量的乙酰丙酮鋅溶于十二硫醇中，等分成六等份，分六次注入1)的熱反應溶液中，每次注射間隔時間為1小時，注射完畢后反應16—18小時；?

3)將有機溶劑與步驟2）得到的Cu₂S-ZnS混合攪拌形成溶液；?

4)將步驟3）得到的溶液在氮氣的保護下加熱到190—210℃；?

5)將醋酸銦引入步驟4）得到的溶液中，保持溫度穩定在190—210℃反應4—5小時；?

6)將溶液冷卻到室溫，離心去除上清液，所獲得的沉淀在甲苯溶液中分散后再用乙醇沉淀，離心，反復洗滌兩次，得到具有相分離結構的CuInS₂-ZnS異質結納米晶，反應原料中乙酰丙酮銅，乙酰丙酮鋅和醋酸銦的摩爾比例為1︰1︰1。?

本發明所述的具有相分離結構的CuInS₂-ZnS一維異質結納米材料的制備方法，步驟3）中的有機溶劑是指十八烯、二苯醚等耐高溫惰性有機溶劑；步驟5）中醋酸銦的引入方式為一次性注射的方式或者間隔一小時分六次注射的方式。?