[發明專利]一種PbS/ITO薄膜基光電化學光伏電池及其制備法

有效

• 申請號: 201310403078.3
• 申請日: 2013-09-06
• 公開（公告）號: CN103515106A
• 公開（公告）日: 2014-01-15
• 發明（設計）人: 范麗波;王鵬;趙肖媛;董新平;孫剛
• 申請（專利權）人: 許昌學院
• 主分類號: H01G9/20
• 分類號: H01G9/20
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種PbS/ITO薄膜基光電化學光伏電池，其特征在于，它包含由ITO襯底上具有線狀表面形貌的海綿狀PbS薄膜與甘汞電極、鉑電極、電解液，以及脈沖光源，其中，所述ITO襯底上PbS薄膜與所述甘汞電極、所述鉑電極構成三電極系統，所述三電極系統與所述電解液構成電化學光伏電池系統。

2.如權利要求1所述的一種PbS/ITO薄膜基光電化學光伏電池，其特征在于：所述ITO襯底上具有線狀表面形貌的海綿狀PbS薄膜為工作電極，所述甘汞電極為參比電極以及所述鉑電極為輔助電極。

3.如權利要求1所述的一種PbS/ITO薄膜基光電化學光伏電池，其特征在于：所述電解液是濃度為0.01-0.20摩爾每升(M)?硫酸鈉（Na₂SO₄）水溶液。

4.如權利要求1所述的一種PbS/ITO薄膜基光電化學光伏電池，其特征在于：所述脈沖光源是紫外燈，紫外燈通過一個外接的控制器而輸出脈沖信號。

5.如權利要求1所述的一種PbS/ITO薄膜基光電化學光伏電池，其特征在于：所述PbS薄膜具有海綿狀的多孔結構，所述多孔結構是由大量的PbS線搭建而成的；所述PbS線的直徑大概有100-300?nm，長度有1-50微米，PbS薄膜的導電類型為P型。

6.一種ITO襯底上具有線狀表面形貌的海綿狀PbS薄膜的制備方法，其特征在于：

準備工作：

清洗導電玻璃階段，用含有洗潔精的去離子水清洗導電ITO/玻璃襯底；此過程在超聲的輔助下進行20-45分鐘后，用去離子水清洗并超聲6-15分鐘后再換新的去離子水超聲清洗6-15分鐘，如此循環2-5次；然后，該襯底在氨水（NH₃H₂O），雙氧水（H₂O₂）和去離子水的混合溶液中，體積比為1:2:5，溫度20-100?^oC，煮至沒有氣泡產生為止；之后，用去離子水清洗并超聲6-15分鐘后再換新的去離子水超聲清洗6-15分鐘，如此循環2-5次；最后，在烘箱中20-100?^oC干燥1-5小時，配制0.10-0.50?M的醋酸鉛水溶液和0.10-0.70?M硫脲水溶液；

反應階段：

用干凈鑷子夾取上述已清洗干凈的ITO導電玻璃襯底并用膠布貼在襯底背面（玻璃面）和小部分正面（ITO面）靠上的位置（這部分是為了后續制作光電化學光伏電池工作電極預留的導電部分），使ITO露出一個長方形的反應面；向容積為50-200?mL的潔凈燒杯中加入1mL?0.15?M-0.25?M的醋酸鉛（Pb(CH₃COO)₂），1?mL?0.5?M的硫脲，40?mL去離子水和幾毫升氨水，它將混合溶液的pH值調節到12；攪拌混合均勻后將我們處理好的ITO襯底，正面朝上，平放于燒杯的底部；隨后將該燒杯放在水浴鍋中70?^oC反應1個小時；水浴結束后用鑷子取出襯底并用去離子水將襯底表面吸附的PbS沖洗掉，留下沉積上的PbS薄膜；該海綿狀PbS薄膜具有線狀表面形貌及立方狀晶相。

7.如權利要求6所述的一種ITO襯底上具有線狀表面形貌的海綿狀PbS薄膜的制備方法，其特征在于：PbS/ITO薄膜基光電化學光伏電池的制備方法還包括過程中進一步簡化的CBD方法：(1)?ITO襯底直接平放在反應器（燒杯）底部，無需懸掛裝置將其置于反應溶液的中心位置；(2)?沉積反應直接在水浴鍋中進行，無需輔助超聲波或微波等裝置即可獲得表面形貌均一及厚度均勻的PbS薄膜；(3)?本發明除必要的鉛源（醋酸鉛水溶液）和硫源（硫脲水溶液）外僅額外添加了氨水一種試劑，它用于作為絡合劑又作為發泡劑并起到了調節反應溶液pH值的作用。

8.如權利要求6所述的一種ITO襯底上具有線狀表面形貌的海綿狀PbS薄膜的制備方法，其特征在于：本發明的最優方案是：

準備工作：

清洗導電玻璃階段；

用含有洗潔精的去離子水清洗導電ITO/玻璃襯底；此過程在超聲的輔助下進行30分鐘后，用去離子水清洗并超聲10分鐘后再換新的去離子水超聲清洗10分鐘，如此循環3次；然后，該襯底在氨水，雙氧水和去離子水的混合溶液中，體積比為1:2:5，溫度80^?oC，煮至沒有氣泡產生為止；之后，用去離子水清洗并超聲10分鐘后再換新的去離子水超聲清洗10分鐘，如此循環3次；最后，在烘箱中80?^oC干燥3小時；配制0.25?M的醋酸鉛水溶液和0.5?M硫脲水溶液；

反應階段：

用干凈鑷子夾取上述已清洗干凈的ITO導電玻璃襯底并用膠布貼在襯底背面（玻璃面）和小部分正面（ITO面）靠上的位置（這部分是為了后續制作光電化學光伏電池工作電極預留的導電部分），使ITO露出一個長方形的反應面；向容積為100?mL的潔凈燒杯中加入1?mL?0.25?M的醋酸鉛水溶液，1?mL?0.5?M的硫脲，40?mL去離子水和幾毫升氨水，它將混合溶液的pH值調節到12；攪拌混合均勻后將我們處理好的ITO襯底，正面朝上，平放于燒杯的底部；隨后將該燒杯放在水浴鍋中70?^oC反應1個小時；水浴結束后用鑷子取出襯底并用去離子水將襯底表面吸附的PbS沖洗掉，留下沉積上的PbS薄膜；該海綿狀PbS薄膜具有線狀表面形貌及立方狀晶相。