[发明专利]高效低成本染料敏化太阳能电池对电极材料一维铜铟硫-硫化锌异质结纳米晶的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及铜铟硫-硫化锌的制备方法，具体地说是涉及一种高效低成本的染料敏化太阳能电池的对电极材料一维铜铟硫-硫化锌的异质结纳米晶的制备方法。 

背景技术

染料敏化太阳能电池采用铂作为对电极材料，但是由于铂在地壳中含量稀少，而且冶炼困难，从而成本较高，成为染料敏化电池不能大规模生产的一个重要原因。由无机半导体材料制备的染料敏化太阳能电池的对电极，由于在I^-/I^3-电解质进行电子传导的过程中具有高于铂的催化能力，成为了铂电极材料的替代者之一。而将无机半导体材料做成纳米材料，分散于溶剂中，通过印刷的方式制成薄膜既减小能耗，方法简单，能很大程度上降低成本，而且能制备大面积薄膜，有利于大规模生产。 

本发明制备的是一维无机半导体CuInS₂-ZnS异质结纳米材料，其中CuInS₂和ZnS都具有在I^-/I₃^-电解质进行电子传导的过程中的催化活性，同时将这两种材料结合在一起，产生协同效应，另外还存在两种不同的材料组成所产生异质结界面，赋予两种半导体材料各自单一使用都不能具备的催化活性，同时一维异质结构纳米材料还具备独特的电子传导能力，能进一步提高材料的性能。 

迄今为止，一维异质结纳米材料的合成可以归纳于两个不同的生长模式：外延生长法和催化剂辅助生长法。在外延生长的模式下，先形成CuInS₂纳米晶体，以其为种子外延生长ZnS半导体，由于CuInS₂是一种阳离子缺陷的半导体，高温时能吸收Zn离子形成CuInS₂-ZnS的固溶体。而催化剂辅助生长法只能合成Si、Ge和SiO₂等简单的纳米线异质结，不能合成三元的CuInS₂,形成不了CuInS₂-ZnS异质结纳米材料。 

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术在制备相分离的CuInS₂-ZnS纳米材料的困难，提供一种高效低成本的染料敏化太阳能电池的对电极材料一维CuInS₂-ZnS的异质结纳米晶的制备方法。 

本发明的目的是通过如下的技术方案实现的： 

本发明提供一种高效低成本的染料敏化太阳能电池的对电极材料一维CuInS₂-ZnS的异质结纳米晶的制备方法。其为利用高温热分解法，在高温溶剂中加入Cu₂S-ZnS异质结构纳米晶作为种子晶体，然后引入醋酸铟，高温加热产生游离的铟离子，进入种子的硫化铜相，生成CuInS₂相，与原来种子晶体上的ZnS一起形成CuInS₂-ZnS异质结构的纳米晶。具体包括如下的步骤： 

1)将乙酰丙酮铜溶于十二硫醇中，并在190—210℃下加热20—30分钟； 

2)将与乙酰丙酮铜等量的乙酰丙酮锌溶于十二硫醇中，等分成六等份，分六次注入1)的热反应溶液中，每次注射间隔时间为1小时，注射完毕后反应16—18小时； 

3)将有机溶剂与步骤2）得到的Cu₂S-ZnS混合搅拌形成溶液； 

4)将步骤3）得到的溶液在氮气的保护下加热到190—210℃； 

5)将醋酸铟引入步骤4）得到的溶液中，保持温度稳定在190—210℃反应4—5小时； 

6)将溶液冷却到室温，离心去除上清液，所获得的沉淀在甲苯溶液中分散后再用乙醇沉淀，离心，反复洗涤两次，得到具有相分离结构的CuInS₂-ZnS异质结纳米晶，反应原料中乙酰丙酮铜，乙酰丙酮锌和醋酸铟的摩尔比例为1︰1︰1。 

本发明所述的具有相分离结构的CuInS₂-ZnS一维异质结纳米材料的制备方法，步骤3）中的有机溶剂是指十八烯、二苯醚等耐高温惰性有机溶剂；步骤5）中醋酸铟的引入方式为一次性注射的方式或者间隔一小时分六次注射的方式。