[发明专利]一种染料敏化太阳能电池铜锰锗硫对电极及其制备方法

权利要求书

1.一种染料敏化太阳能电池铜锰锗硫对电极，包括导电基底，其特征在于，导电基底表面涂覆有一层纤锌矿结构的铜锰锗硫纳米晶；

所述的染料敏化太阳能电池铜锰锗硫对电极的制备方法，包括以下步骤：

(a)采用短链配体对铜锰锗硫纳米晶进行表面配体替换，使铜锰锗硫纳米晶表面携带亲水基团，然后溶于极性溶剂中，经超声分散处理后得到极性溶剂分散的铜锰锗硫纳米晶墨水；所述的短链配体包括多硫化铵、乙二硫醇、正丁胺、吡啶或正己酸；

(b)将铜锰锗硫纳米晶墨水涂覆在导电基底表面，然后进行热处理，制得染料敏化太阳能电池铜锰锗硫对电极。

2.根据权利要求1所述的一种染料敏化太阳能电池铜锰锗硫对电极，其特征在于，所述的铜锰锗硫纳米晶的粒径为10～100nm，铜锰锗硫纳米晶层的厚度为0.01～10μm。

3.根据权利要求1所述的一种染料敏化太阳能电池铜锰锗硫对电极，其特征在于，所述的导电基底包括FTO、ITO、不锈钢、柔性导电高分子或石墨。

4.根据权利要求1所述的一种染料敏化太阳能电池铜锰锗硫对电极，其特征在于，所述的纤锌矿结构的铜锰锗硫纳米晶的制备方法包括以下步骤：

(1)将铜盐、锰盐、锗源、表面活性剂和溶剂混合，抽真空除水除氧，磁力搅拌，加热到60～120℃并维持0.5～3小时使反应物充分溶解，然后将整个反应体系通入保护气；

(2)将上述反应体系加热到130～160℃，迅速注入硫源，之后进一步将体系加热到200～280℃，并保持0.5～6小时；

(3)待反应结束，自然冷却至室温，加入破乳剂后进行固液分离操作，得到的沉淀即为铜锰锗硫纳米晶。

5.根据权利要求4所述的一种染料敏化太阳能电池铜锰锗硫对电极，其特征在于，

所述的步骤(1)中的加热温度为100℃；

所述的步骤(2)中将步骤(1)得到的反应体系加热到140℃，注入硫源后加热到280℃；

所述的步骤(3)中的破乳剂为无水乙醇；固液分离采用8000rpm的转速离心分离。

6.根据权利要求4所述的一种染料敏化太阳能电池铜锰锗硫对电极，其特征在于，所述的铜盐、锰盐、锗源与硫源的摩尔比为：(2～2.2):(l～1.2):(1～1.2):(4～4.2)。

7.根据权利要求4所述的一种染料敏化太阳能电池铜锰锗硫对电极，其特征在于，

所述的铜盐选自硝酸铜、醋酸铜、乙酰丙酮铜、氯化铜、氯化亚铜或溴化铜中的一种或多种；

所述的锰盐选自乙酰丙酮锰、二氯化锰、硝酸锰、醋酸锰或硫酸锰中的一种或多种；

所述的锗源选自四氯化锗、氧化锗或锗粉中的一种或多种；

所述的硫源选自升华硫、正十二硫醇、叔十二硫醇、硫代乙酰胺、二硫化碳或硫化钠中的一种或多种；

所述的溶剂选自正辛胺、十二胺、十六胺、油胺、十八胺、油酸、二苯醚中的一种或几种；

所述的表面活性剂选自三辛基氧化膦、1,2-十二烷二醇、三辛基膦、正十二硫醇、叔十二硫醇中一种或几种。

8.如权利要求1所述的一种染料敏化太阳能电池铜锰锗硫对电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(a)采用短链配体对铜锰锗硫纳米晶进行表面配体替换，使铜锰锗硫纳米晶表面携带亲水基团，然后溶于极性溶剂中，经超声分散处理后得到极性溶剂分散的铜锰锗硫纳米晶墨水；所述的短链配体包括多硫化铵、乙二硫醇、正丁胺、吡啶或正己酸；

(b)将铜锰锗硫纳米晶墨水涂覆在导电基底表面，然后进行热处理，制得染料敏化太阳能电池铜锰锗硫对电极。

9.根据权利要求8所述的一种染料敏化太阳能电池铜锰锗硫对电极的制备方法，其特征在于，

所述的铜锰锗硫纳米晶墨水的浓度为1～200mg/mL；

所述的步骤(a)中的非极性溶剂包括三氯甲烷、正己烷或二氯甲烷；

所述的步骤(b)中的涂覆方法包括浸涂、旋涂、刮涂、喷墨打印或丝网印刷，涂覆次数为1～10次；

所述的步骤(b)中的热处理为在氮气、氦气或氩气气氛及常压条件下，控制温度为100～500℃加热0.5～10小时。