[发明专利]一种染料敏化太阳能电池对电极的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种染料敏化太阳能电池对电极的制备方法，属于太阳能电池技术领域。

背景技术

从Cu₂ZnSnSe₄(CZTSe)作为对电极材料应用在染料敏化太阳能电池(DSSCs)中获得了3.62％的光电转换效率起，CZTSe就已被证实是一种环保、高效及对电解质中的I₃^-具有优异的催化还原性能的催化材料，逐渐成为敏化电池体系中替代Pt对电极材料的研究热点。近年来，各国科研人员相继开发了几种制备CZTSe薄膜对电极的方法，包括基于真空条件的沉积策略(脉冲激光沉积法、蒸发和磁控溅射法)、静电纺丝法和基于溶液处理的工艺(溶剂热法/热解法/溶胶凝胶法获得CZTSe前驱颗粒后真空/硫化退火)。上述提及的方法中，溶液处理的方法具有成本低廉和工艺简单的特点，更适用于制备大面积、高效的DSSCs用对电极。此外，通过控制改变反应中使用的溶剂、长链表面活性剂和反应物类型，可以轻易获得具有大比表面积的纳米结构，以此来改善对电极材料的催化还原性能。然而，基于溶液处理的CZTSe薄膜对电极的制备流程包括两步，首先，采用旋涂、刮涂或喷涂的方法将CZTSe墨水/前驱体涂覆在基底上，获得纳米结构的CZTSe预制薄膜；随后，需要选择繁琐严苛的真空退火或硫化退火的工艺处理预制薄膜，以此来获得无杂相、结晶性优异且催化活性强的CZTSe薄膜对电极，需要指出的是，处理的环境为高真空条件，退火温度区间通常在300-600℃，选用有毒的硫化氢或硫蒸气为处理气氛。这对于基于导电塑料为基底的对电极的制备来说，上述工艺将不再适用，这主要是因为导电塑料不能经受超过150℃的热处理。到目前为止，还未见报导不使用真空退火或硫化退火工艺制备CZTSe对电极材料的策略，因此，基于获得结晶性优异、化学稳定性好及高效的CZTSe对电极的前提下，开发出一种简易、廉价、环保且温和的原位制备方法尤为重要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服上述缺陷，提供一种染料敏化太阳能电池对电极的制备方法。

基于上述目的，本发明采取了如下技术方案：

一种染料敏化太阳能电池对电极的制备方法，包括以下步骤：

(1)将碳布分别置于丙酮和乙醇中超声清洗，碳布的沉积面积控制在1×3cm²；

(2)配制三元铜锌锡镀液；

(3)采用电化学工作站组成的三电极体系，以步骤(1)中清洗好的碳布为工作电极、铂片(3×3cm²)为对电极、饱和甘汞电极为参比电极，保证工作电极与对电极正面相对，同时浸泡插入步骤(2)中的铜锌锡镀液中，进行恒电势电沉积，沉积结束后用蒸馏水和乙醇交替清洗碳布，置于烘箱中干燥，得到CZT/碳布预制电极；

(4)称取0.5-5mM硒粉置于聚四氟乙烯模具的聚四氟乙烯内衬中，放入步骤(3)制得的CZT/碳布预制电极，并固定于聚四氟乙烯模具中，将无水乙醇转移至内衬中，使液体体积达到内衬体积的70％，随后直接将内衬密封于不锈钢反应釜中，200℃下溶剂热反应1-48h，冷却至室温后，得到黑色的产物即为染料敏化太阳能电池对电极(CZTSe@碳布复合对电极)。

步骤(2)中，配制三元铜锌锡镀液的方法：首先称取50mM二水柠檬酸钠，加入去离子水搅拌使其溶解均匀，得到澄清透明溶液，随后依次加入3.5mM五水硫酸铜、20mM一水硫酸锌和2.1mM硫酸亚锡，充分搅拌使其溶解均匀，获得含三种金属离子的澄清蓝色镀液。

步骤(3)中，恒电势电沉积的的工作参数如下：电势范围为-1.0V至-1.5V，沉积时间为30s至1200s，电沉积环境温度为22℃。

步骤(4)中，硒粉的用量为2mM。

本发明的CZTSe@碳布复合对电极可以直接用于给太阳能电池组装，组装方法：将经N719染料敏化的柔性透明的TiO₂/ITO/PEN光阳极和CZTSe@碳布复合对电极夹在一起，其中PEN上预留小孔，由小孔注入含碘电解质，光阳极和对电极之间通过沙林膜热压粘合封装成三明治结构，即得染料敏化太阳能电池。