[发明专利]一种PbS/ITO薄膜基光电化学光伏电池及其制备法

权利要求书

1.一种PbS/ITO薄膜基光电化学光伏电池，其特征在于，它包含由ITO衬底上具有线状表面形貌的海绵状PbS薄膜与甘汞电极、铂电极、电解液，以及脉冲光源，其中，所述ITO衬底上PbS薄膜与所述甘汞电极、所述铂电极构成三电极系统，所述三电极系统与所述电解液构成电化学光伏电池系统。

2.如权利要求1所述的一种PbS/ITO薄膜基光电化学光伏电池，其特征在于：所述ITO衬底上具有线状表面形貌的海绵状PbS薄膜为工作电极，所述甘汞电极为参比电极以及所述铂电极为辅助电极。

3.如权利要求1所述的一种PbS/ITO薄膜基光电化学光伏电池，其特征在于：所述电解液是浓度为0.01-0.20摩尔每升(M) 硫酸钠（Na₂SO₄）水溶液。

4.如权利要求1所述的一种PbS/ITO薄膜基光电化学光伏电池，其特征在于：所述脉冲光源是紫外灯，紫外灯通过一个外接的控制器而输出脉冲信号。

5.如权利要求1所述的一种PbS/ITO薄膜基光电化学光伏电池，其特征在于：所述PbS薄膜具有海绵状的多孔结构，所述多孔结构是由大量的PbS线搭建而成的；所述PbS线的直径大概有100-300 nm，长度有1-50微米，PbS薄膜的导电类型为P型。

6.一种ITO衬底上具有线状表面形貌的海绵状PbS薄膜的制备方法，其特征在于：

准备工作：

清洗导电玻璃阶段，用含有洗洁精的去离子水清洗导电ITO/玻璃衬底；此过程在超声的辅助下进行20-45分钟后，用去离子水清洗并超声6-15分钟后再换新的去离子水超声清洗6-15分钟，如此循环2-5次；然后，该衬底在氨水（NH₃H₂O），双氧水（H₂O₂）和去离子水的混合溶液中，体积比为1:2:5，温度20-100 ^oC，煮至没有气泡产生为止；之后，用去离子水清洗并超声6-15分钟后再换新的去离子水超声清洗6-15分钟，如此循环2-5次；最后，在烘箱中20-100 ^oC干燥1-5小时，配制0.10-0.50 M的醋酸铅水溶液和0.10-0.70 M硫脲水溶液；

反应阶段：

用干净镊子夹取上述已清洗干净的ITO导电玻璃衬底并用胶布贴在衬底背面（玻璃面）和小部分正面（ITO面）靠上的位置（这部分是为了后续制作光电化学光伏电池工作电极预留的导电部分），使ITO露出一个长方形的反应面；向容积为50-200 mL的洁净烧杯中加入1mL 0.15 M-0.25 M的醋酸铅（Pb(CH₃COO)₂），1 mL 0.5 M的硫脲，40 mL去离子水和几毫升氨水，它将混合溶液的pH值调节到12；搅拌混合均匀后将我们处理好的ITO衬底，正面朝上，平放于烧杯的底部；随后将该烧杯放在水浴锅中70 ^oC反应1个小时；水浴结束后用镊子取出衬底并用去离子水将衬底表面吸附的PbS冲洗掉，留下沉积上的PbS薄膜；该海绵状PbS薄膜具有线状表面形貌及立方状晶相。

7.如权利要求6所述的一种ITO衬底上具有线状表面形貌的海绵状PbS薄膜的制备方法，其特征在于：PbS/ITO薄膜基光电化学光伏电池的制备方法还包括过程中进一步简化的CBD方法：(1) ITO衬底直接平放在反应器（烧杯）底部，无需悬挂装置将其置于反应溶液的中心位置；(2) 沉积反应直接在水浴锅中进行，无需辅助超声波或微波等装置即可获得表面形貌均一及厚度均匀的PbS薄膜；(3) 本发明除必要的铅源（醋酸铅水溶液）和硫源（硫脲水溶液）外仅额外添加了氨水一种试剂，它用于作为络合剂又作为发泡剂并起到了调节反应溶液pH值的作用。

8.如权利要求6所述的一种ITO衬底上具有线状表面形貌的海绵状PbS薄膜的制备方法，其特征在于：本发明的最优方案是：

准备工作：

清洗导电玻璃阶段；

用含有洗洁精的去离子水清洗导电ITO/玻璃衬底；此过程在超声的辅助下进行30分钟后，用去离子水清洗并超声10分钟后再换新的去离子水超声清洗10分钟，如此循环3次；然后，该衬底在氨水，双氧水和去离子水的混合溶液中，体积比为1:2:5，温度80 ^oC，煮至没有气泡产生为止；之后，用去离子水清洗并超声10分钟后再换新的去离子水超声清洗10分钟，如此循环3次；最后，在烘箱中80 ^oC干燥3小时；配制0.25 M的醋酸铅水溶液和0.5 M硫脲水溶液；

反应阶段：

用干净镊子夹取上述已清洗干净的ITO导电玻璃衬底并用胶布贴在衬底背面（玻璃面）和小部分正面（ITO面）靠上的位置（这部分是为了后续制作光电化学光伏电池工作电极预留的导电部分），使ITO露出一个长方形的反应面；向容积为100 mL的洁净烧杯中加入1 mL 0.25 M的醋酸铅水溶液，1 mL 0.5 M的硫脲，40 mL去离子水和几毫升氨水，它将混合溶液的pH值调节到12；搅拌混合均匀后将我们处理好的ITO衬底，正面朝上，平放于烧杯的底部；随后将该烧杯放在水浴锅中70 ^oC反应1个小时；水浴结束后用镊子取出衬底并用去离子水将衬底表面吸附的PbS冲洗掉，留下沉积上的PbS薄膜；该海绵状PbS薄膜具有线状表面形貌及立方状晶相。