[發明專利]一種染料敏化太陽能電池銅錳鍺硫對電極及其制備方法

有效

• 申請號: 201610015111.9
• 申請日: 2016-01-11
• 公開（公告）號: CN105679544B
• 公開（公告）日: 2018-03-13
• 發明（設計）人: 黃守雙;宰建陶;錢雪峰;何青泉;馬對;李曉敏;李波;王敏;劉雪嬌;劉園園;張洋;張敏敏
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: H01G9/20
• 分類號: H01G9/20;H01G9/042
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司31225
• 代理人: 林君如

1.一種染料敏化太陽能電池銅錳鍺硫對電極，包括導電基底，其特征在于，導電基底表面涂覆有一層纖鋅礦結構的銅錳鍺硫納米晶；

所述的染料敏化太陽能電池銅錳鍺硫對電極的制備方法，包括以下步驟：

(a)采用短鏈配體對銅錳鍺硫納米晶進行表面配體替換，使銅錳鍺硫納米晶表面攜帶親水基團，然后溶于極性溶劑中，經超聲分散處理后得到極性溶劑分散的銅錳鍺硫納米晶墨水；所述的短鏈配體包括多硫化銨、乙二硫醇、正丁胺、吡啶或正己酸；

(b)將銅錳鍺硫納米晶墨水涂覆在導電基底表面，然后進行熱處理，制得染料敏化太陽能電池銅錳鍺硫對電極。

2.根據權利要求1所述的一種染料敏化太陽能電池銅錳鍺硫對電極，其特征在于，所述的銅錳鍺硫納米晶的粒徑為10～100nm，銅錳鍺硫納米晶層的厚度為0.01～10μm。

3.根據權利要求1所述的一種染料敏化太陽能電池銅錳鍺硫對電極，其特征在于，所述的導電基底包括FTO、ITO、不銹鋼、柔性導電高分子或石墨。

4.根據權利要求1所述的一種染料敏化太陽能電池銅錳鍺硫對電極，其特征在于，所述的纖鋅礦結構的銅錳鍺硫納米晶的制備方法包括以下步驟：

(1)將銅鹽、錳鹽、鍺源、表面活性劑和溶劑混合，抽真空除水除氧，磁力攪拌，加熱到60～120℃并維持0.5～3小時使反應物充分溶解，然后將整個反應體系通入保護氣；

(2)將上述反應體系加熱到130～160℃，迅速注入硫源，之后進一步將體系加熱到200～280℃，并保持0.5～6小時；

(3)待反應結束，自然冷卻至室溫，加入破乳劑后進行固液分離操作，得到的沉淀即為銅錳鍺硫納米晶。

5.根據權利要求4所述的一種染料敏化太陽能電池銅錳鍺硫對電極，其特征在于，

所述的步驟(1)中的加熱溫度為100℃；

所述的步驟(2)中將步驟(1)得到的反應體系加熱到140℃，注入硫源后加熱到280℃；

所述的步驟(3)中的破乳劑為無水乙醇；固液分離采用8000rpm的轉速離心分離。

6.根據權利要求4所述的一種染料敏化太陽能電池銅錳鍺硫對電極，其特征在于，所述的銅鹽、錳鹽、鍺源與硫源的摩爾比為：(2～2.2):(l～1.2):(1～1.2):(4～4.2)。

7.根據權利要求4所述的一種染料敏化太陽能電池銅錳鍺硫對電極，其特征在于，

所述的銅鹽選自硝酸銅、醋酸銅、乙酰丙酮銅、氯化銅、氯化亞銅或溴化銅中的一種或多種；

所述的錳鹽選自乙酰丙酮錳、二氯化錳、硝酸錳、醋酸錳或硫酸錳中的一種或多種；

所述的鍺源選自四氯化鍺、氧化鍺或鍺粉中的一種或多種；

所述的硫源選自升華硫、正十二硫醇、叔十二硫醇、硫代乙酰胺、二硫化碳或硫化鈉中的一種或多種；

所述的溶劑選自正辛胺、十二胺、十六胺、油胺、十八胺、油酸、二苯醚中的一種或幾種；

所述的表面活性劑選自三辛基氧化膦、1,2-十二烷二醇、三辛基膦、正十二硫醇、叔十二硫醇中一種或幾種。

8.如權利要求1所述的一種染料敏化太陽能電池銅錳鍺硫對電極的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

(a)采用短鏈配體對銅錳鍺硫納米晶進行表面配體替換，使銅錳鍺硫納米晶表面攜帶親水基團，然后溶于極性溶劑中，經超聲分散處理后得到極性溶劑分散的銅錳鍺硫納米晶墨水；所述的短鏈配體包括多硫化銨、乙二硫醇、正丁胺、吡啶或正己酸；

(b)將銅錳鍺硫納米晶墨水涂覆在導電基底表面，然后進行熱處理，制得染料敏化太陽能電池銅錳鍺硫對電極。

9.根據權利要求8所述的一種染料敏化太陽能電池銅錳鍺硫對電極的制備方法，其特征在于，

所述的銅錳鍺硫納米晶墨水的濃度為1～200mg/mL；

所述的步驟(a)中的非極性溶劑包括三氯甲烷、正己烷或二氯甲烷；

所述的步驟(b)中的涂覆方法包括浸涂、旋涂、刮涂、噴墨打印或絲網印刷，涂覆次數為1～10次；

所述的步驟(b)中的熱處理為在氮氣、氦氣或氬氣氣氛及常壓條件下，控制溫度為100～500℃加熱0.5～10小時。