[发明专利]一种多级氧化铟锡纳米线阵列复合材料及其制备方法与在太阳能电池中的应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种多级氧化铟锡纳米线阵列复合材料及其制备方法与在太阳能电池中的应用，属于太阳能技术领域。

背景技术

太阳能作为一种清洁的可再生能源受到人们的广泛关注，作为光电转换器件的太阳能电池也得到了广泛的研究。作为最早市场化的太阳能电池，到目前为止硅基太阳能电池凭借其高的光电转化效率及稳定性，仍然占据了绝大部分市场份额，但受到生产工艺的限制，硅基太阳能电池的生产成本过高，无法和传统的化石能源媲美。因此，新的太阳能电池结构及低成本的生产工艺成为太阳能电池研究的重点。

光敏材料的合成方法中的液相法具有无需高真空设备及高温制备过程，可以显著降低材料的生产成本，其中量子点敏化太阳能电池作为一种光敏材料为液相法合成的太阳能电池，在结构上借鉴了染料敏化太阳能电池的同时，以无机半导体量子点作为吸光材料代替有机染料分子，不仅可显著降低生产成本，同时凭借无机量子点的量子尺寸效应以及多电子激发效应，使其理论光电转换效率从31％提高到44％，成为一类非常具有商业化前景的太阳能电池类型。目前的研究表明，量子点敏化太阳能电池中对电极催化多硫电解质发生还原反应能力的不足，是制约电池光电转化效率提升的重要因素之一，从电池性能曲线上反应为填充因子较低。初期用于量子点敏化太阳能电池的对电极材料为贵金属Pt或Au催化剂，贵金属催化剂的使用不仅极大的增加了量子点敏化太阳能电池的成产成本，其催化性能也不理想。随后对电极的研究转而采用以过渡金属硫属化合物为代表的非贵金属催化剂，包括Cu₂S、PbS、CoS、NiS以及四元化合物Cu₂ZnSnS₄、Cu₂ZnSnSe₄等。由于该类电极催化剂催化多硫电解质发生还原反应的能力更强，因而表现出比贵金属催化剂更好的催化性能。通过电化学阻抗谱的研究以Cu₂S为例发现，处于工作状态的电池对电极材料和电解质(固液界面)之间的电阻发生了明显的下降，达到和CTO玻璃与Cu₂S(固固界面)之间以及CTO玻璃自身的面电阻相当的水平，使得后两者同样可以明显的影响对电极处电荷的转移，从而影响电池的光电转化效率。因此，如何平衡三种电阻之间的关系来提高对电极材料的催化性能进而得到高效的量子点敏化太阳能电池仍然存在着很大的挑战。

因此，提供一种简单、低成本的对电极材料及其制备技术，并高效、稳定地用于量子点敏化太阳能电池具有十分重要的意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种多级氧化铟锡纳米线阵列复合材料的制备方法与在太阳能电池中的应用。

本发明提供了一种多级氧化铟锡纳米线阵列(Cu₂S@ITO-X)复合材料，其包括生长在导电基底上的多级氧化铟锡纳米线阵列，所述多级氧化铟锡纳米线阵列上包裹有硫化亚铜壳层。

上述的复合材料中，所述多级氧化铟锡纳米线阵列的级数可为1～5级，具体可为1～4级、1级、2级、3级或4级；

所述多级氧化铟锡纳米线阵列每级的长度可为1微米～30微米，具体可为5微米～10微米、5微米或10微米，直径可为50纳米～300纳米，具体可为100纳米～120纳米、100纳米或120纳米。

本发明中所述“多级”指的是在初始沉积的氧化铟锡纳米线阵列上依次沉积氧化铟锡纳米线阵列的次数。

本发明中所述“氧化铟锡纳米线阵列”是一种无序结构的纳米线阵列。

所述硫化亚铜壳层的厚度可为5纳米～100纳米，具体可为30～60纳米或50纳米；

所述导电基底可为氧化铟锡玻璃(ITO)或氟掺杂氧化锡玻璃(FTO)。

本发明还提供了所述复合材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)以金纳米颗粒为催化剂，通过化学气相沉积法，在所述导电基底上按级数依次沉积生长氧化铟锡纳米线，即得所述多级氧化铟锡纳米线阵列；

(2)通过下述1)-3)中任一种所述方法在所述多级氧化铟锡纳米线阵列上包覆Cu₂S壳层：

1)通过化学浴沉积(CVD)法，在所述多级氧化铟锡纳米线阵列上包覆CdS壳层；然后通过离子交换法，将所述CdS壳层转化成Cu₂S壳层；

2)通过连续离子层吸附(SILAR)法，在所述多级氧化铟锡纳米线阵列上包覆Cu₂S壳层；

3)通过磁控溅射法，在所述多级氧化铟锡纳米线阵列上包覆Cu₂S壳层；