[發(fā)明專利]一種染料敏化太陽能電池硫化鈷鎳對電極的制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610002362.3
• 申請日: 2016-01-01
• 公開（公告）號: CN105719836A
• 公開（公告）日: 2016-06-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 黃妞;李文靜;項長華;孫小華;孫盼盼
• 申請（專利權(quán)）人: 三峽大學(xué)
• 主分類號: H01G9/042
• 分類號: H01G9/042;H01G9/20
• 代理公司: 宜昌市三峽專利事務(wù)所 42103
• 代理人: 蔣悅

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鈷、鎳硫化物制備技術(shù)領(lǐng)域，及電極制備領(lǐng)域。

背景技術(shù)

Co-S、Ni-S和Ni-Co-S等過渡金屬硫化物具有優(yōu)良的電學(xué)、光學(xué)和磁學(xué)性能， 可廣泛應(yīng)用于太陽能轉(zhuǎn)換、電催化和超級電容器等領(lǐng)域。在燃料電池電催化領(lǐng)域， Ni-Co-S作為一種雙金屬硫化物已表現(xiàn)出較其相應(yīng)的單金屬硫化物(Co-S和Ni-S) 更高的電導(dǎo)率和更佳的電催化活性。

光電化學(xué)太陽能電池的對電極起著收集并傳輸外電路中的電子至對電極/電解質(zhì) 界面，且通過催化電解質(zhì)中氧化還原電對(如：I^-/I₃^-)發(fā)生還原反應(yīng)將電子提供給電解 質(zhì)，這兩大功能要求對電極具有高的導(dǎo)電性和電催化活性，這與燃料電池對電極的 要求相同，不同的是所催化的體系不同。然而，Ni-Co-S在太陽能轉(zhuǎn)換方面的應(yīng)用研 究較少，為數(shù)不多的研究工作如：Lin等制備了NiCo₂S₄三維分等級微球，并采用電 泳沉積法制備了NiCo₂S₄透明電極，用其作染料敏化太陽能電池(DSSCs)對電極， 取得了接近于Pt電極的性能；Peng等在透明導(dǎo)電基底上用兩步法制備了的原位 NiCo₂S₄納米管陣列，用作量子點敏化太陽能電池(DSSCs)對電極，電池取得了較 優(yōu)的性能。以上兩種NiCo₂S₄對電極的性能良好，然而所需的制備工藝較復(fù)雜，需要 電泳沉積或保護(hù)氣氛高溫?zé)Y(jié)，且無法大面積制備。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種制備Ni-Co-S染料敏化太陽能電池對電極 的簡易方法。通過涂覆和低溫干燥制備Ni-Co-S對電極，無需保護(hù)氣氛高溫?zé)Y(jié)、 無需電泳沉積等較復(fù)雜的步驟，且適宜在柔性基底上大批量卷對卷生產(chǎn)。

為此，本發(fā)明提供了一種兩步水熱制備高活性硫化鈷鎳粉體及制備漿料和涂覆 電極的簡易方法，包括以下步驟：

第一步、在快速攪拌條件下，將鈷、鎳的金屬鹽的水溶液加入氫氧化鈉水溶液中， 攪拌充分后，于120-200℃水熱反應(yīng)生長氫氧鈷鎳，反應(yīng)3-24h后結(jié)束后將其隨爐 冷卻至室溫取出，將所得棕黑色鈷鎳前驅(qū)體用去離子水離心洗凈。所述的金屬鹽為 可溶于極性溶劑的鹽，包括硫酸鹽、氯化鹽、硝酸鹽、乙酸鹽、草酸鹽、碳酸氫鹽 中的任意一種。

第二步、將洗凈的氫氧鈷鎳分散于含硫源(如：硫化鈉、硫脲等)的水溶液中，140-230℃ 水熱，反應(yīng)3-24h后結(jié)束后將其隨爐冷卻至室溫取出，將所得黑色硫化鈷鎳用去離 子水和乙醇離心洗凈干燥；

第三步、將所制的干燥硫化鈷鎳粉體與乙醇、水混合攪拌6-12h制成漿料，并將漿 料涂覆在導(dǎo)電基底上(如：玻璃、金屬片、塑料片)，室溫干燥制成對電極。

所述的氫氧化鈉水溶液還可以為碳酸鈉水溶液、氫氧化鈉水溶液與碳酸鈉水溶 液的混合溶液，若為混合溶液，則氫氧根與碳酸根濃度之和是鈷與鎳離子濃度之和 的3-20倍。鈷、鎳的金屬鹽的水溶液加入碳酸鈉水溶液中，攪拌充分后，于120-200℃ 水熱反應(yīng)生長堿式碳酸鈷鎳。

所述的硫源包括硫代乙酰胺、硫脲、過硫酸鈉、硫粉、硫化鈉、及硫脲后硫代乙酰 胺的衍生物的任意一種。

所述的基底材料包括導(dǎo)電玻璃、玻璃、金屬片、金屬網(wǎng)、泡沫鎳、塑料片或聚合物 導(dǎo)電膜。

本發(fā)明制備的電極，①無需再在真空或保護(hù)氣氛下燒結(jié)，制備工藝簡單；②所 制備的硫化鈷鎳對電極機械強度高、沒有脫落現(xiàn)象；③所制備的硫化鈷鎳對電極具 有較熱解Pt電極更佳的電催化活性；④利用所制備的硫化鈷鎳電極組裝染料敏化太 陽能電池獲得了較熱解Pt電極組裝染料敏化太陽能電池更高的光電轉(zhuǎn)化效率。