[发明专利]一种染料敏化太阳能电池硫化钴镍对电极的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及钴、镍硫化物制备技术领域，及电极制备领域。

背景技术

Co-S、Ni-S和Ni-Co-S等过渡金属硫化物具有优良的电学、光学和磁学性能， 可广泛应用于太阳能转换、电催化和超级电容器等领域。在燃料电池电催化领域， Ni-Co-S作为一种双金属硫化物已表现出较其相应的单金属硫化物(Co-S和Ni-S) 更高的电导率和更佳的电催化活性。

光电化学太阳能电池的对电极起着收集并传输外电路中的电子至对电极/电解质 界面，且通过催化电解质中氧化还原电对(如：I^-/I₃^-)发生还原反应将电子提供给电解 质，这两大功能要求对电极具有高的导电性和电催化活性，这与燃料电池对电极的 要求相同，不同的是所催化的体系不同。然而，Ni-Co-S在太阳能转换方面的应用研 究较少，为数不多的研究工作如：Lin等制备了NiCo₂S₄三维分等级微球，并采用电 泳沉积法制备了NiCo₂S₄透明电极，用其作染料敏化太阳能电池(DSSCs)对电极， 取得了接近于Pt电极的性能；Peng等在透明导电基底上用两步法制备了的原位 NiCo₂S₄纳米管阵列，用作量子点敏化太阳能电池(DSSCs)对电极，电池取得了较 优的性能。以上两种NiCo₂S₄对电极的性能良好，然而所需的制备工艺较复杂，需要 电泳沉积或保护气氛高温烧结，且无法大面积制备。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种制备Ni-Co-S染料敏化太阳能电池对电极 的简易方法。通过涂覆和低温干燥制备Ni-Co-S对电极，无需保护气氛高温烧结、 无需电泳沉积等较复杂的步骤，且适宜在柔性基底上大批量卷对卷生产。

为此，本发明提供了一种两步水热制备高活性硫化钴镍粉体及制备浆料和涂覆 电极的简易方法，包括以下步骤：

第一步、在快速搅拌条件下，将钴、镍的金属盐的水溶液加入氢氧化钠水溶液中， 搅拌充分后，于120-200℃水热反应生长氢氧钴镍，反应3-24h后结束后将其随炉 冷却至室温取出，将所得棕黑色钴镍前驱体用去离子水离心洗净。所述的金属盐为 可溶于极性溶剂的盐，包括硫酸盐、氯化盐、硝酸盐、乙酸盐、草酸盐、碳酸氢盐 中的任意一种。

第二步、将洗净的氢氧钴镍分散于含硫源(如：硫化钠、硫脲等)的水溶液中，140-230℃ 水热，反应3-24h后结束后将其随炉冷却至室温取出，将所得黑色硫化钴镍用去离 子水和乙醇离心洗净干燥；

第三步、将所制的干燥硫化钴镍粉体与乙醇、水混合搅拌6-12h制成浆料，并将浆 料涂覆在导电基底上(如：玻璃、金属片、塑料片)，室温干燥制成对电极。

所述的氢氧化钠水溶液还可以为碳酸钠水溶液、氢氧化钠水溶液与碳酸钠水溶 液的混合溶液，若为混合溶液，则氢氧根与碳酸根浓度之和是钴与镍离子浓度之和 的3-20倍。钴、镍的金属盐的水溶液加入碳酸钠水溶液中，搅拌充分后，于120-200℃ 水热反应生长碱式碳酸钴镍。

所述的硫源包括硫代乙酰胺、硫脲、过硫酸钠、硫粉、硫化钠、及硫脲后硫代乙酰 胺的衍生物的任意一种。

所述的基底材料包括导电玻璃、玻璃、金属片、金属网、泡沫镍、塑料片或聚合物 导电膜。

本发明制备的电极，①无需再在真空或保护气氛下烧结，制备工艺简单；②所 制备的硫化钴镍对电极机械强度高、没有脱落现象；③所制备的硫化钴镍对电极具 有较热解Pt电极更佳的电催化活性；④利用所制备的硫化钴镍电极组装染料敏化太 阳能电池获得了较热解Pt电极组装染料敏化太阳能电池更高的光电转化效率。