[发明专利]一种Sb2Se3薄膜对电极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种Sb₂Se₃薄膜对电极材料的制备方法，属于染料敏化太阳能电池对电极制备领域。

背景技术

染料敏化太阳能电池(DSSC)是自1991年瑞士科学家M.取得突破性进展以来发展起来的一种新型光伏发电器件(参见Nature杂志，1991年，第353卷，第737页)。这种新型的太阳能电池环境友好、制备工艺简单，特别是在低成本方面具有突出优势(参见J. Am.Chem.Soc.杂志，2011年，第133卷，第9304页)，成本估算表明只要电池的光电转换效率达到5％就具有应用价值。

作为染料敏化太阳能电池的重要组成部分，对电极主要用来收集外电路的光生电子并实现电解质中三碘化物(I₃^-)的还原，所以导电性和电催化活性是影响对电极材料性能的关键因素。目前高性能的染料敏化太阳能电池主要采用镀贵金属Pt的导电玻璃作为对电极，但是高成本极大地限制了染料敏化太阳能电池大规模器件的研发和广泛应用。研发低成本、高效的非铂对电极一直是该领域的研究热点之一。2009年M.组将CoS应用于染料敏化太阳能电池对电极，并获得了与Pt对电极相当的性能，自此，廉价的无Pt对电极材料吸引了研究者们浓厚的研究兴趣。近年来，无机金属化合物，包括金属碳化物、氮化物、氧化物、硫化物和硒化物等对电极材料的研究尤为活跃。其中，金属硒化物如硒化镍(Ni_0.85Se)、硒化钴(Co_0.85Se)、硒化铁(FeSe₂)和硒化铜(Cu₂Se)等由于高效、廉价、稳定等优点而备受关注，有望应用于染料敏化太阳能电池的大规模生产。金属锑的硫化物Sb₂S₃在对电极方面已显示出较好的电催化性能及应用前景(参见J.Phys.Chem.C 杂志，2013年，第117卷，第10285页)，但其硒化物Sb₂Se₃目前仅被应用于薄膜太阳能电池材料领域，染料敏化太阳能电池对电极性能仍没有研究。基于以上背景，我们设计通过热蒸发方法制备Sb₂Se₃薄膜，研究发现Sb₂Se₃薄膜具有优异的电催化性能，是一种廉价、高效的新型对电极材料。

发明内容

本发明的目的是提供一种新型高效的染料敏化太阳能电池对电极薄膜材料Sb₂Se₃及其制备方法，该材料在碘电解质中表现出优异的电催化性能，且制备工艺简单可控，有望取代贵金属Pt获得高性能染料敏化太阳能电池。

本发明的技术方案包括以下步骤：

将装有Sb₂Se₃粉体的刚玉舟置于管式炉中，清洗干净的FTO玻璃或沉积有碳纳米粒子的薄膜(导电面朝下)盖在刚玉舟之上，气氛保护下在升温速率2～8℃/min、350～550℃下恒温处理10min～1h，等待自然冷却，即可通过热蒸发方法在FTO玻璃和碳纳米粒子薄膜上得到Sb₂Se₃薄膜。

上述方案中：

Sb₂Se₃粉体的用量为50-100mg，退火气氛为N₂或Ar，管式炉升温速率2～8℃/min，热蒸发温度350～550℃，热蒸发时间10min～1h，衬底为FTO或碳纳米粒子膜。

本发明首次设计并提出在碳纳米粒子薄膜上沉积Sb₂Se₃，可以利用碳纳米粒子薄膜的多孔结构提高沉积效率，并有效释放薄膜应力。

本发明的优势在于：

1、通过热蒸发Sb₂Se₃粉体的方法制备Sb₂Se₃薄膜，该制备工艺简单快捷，且Sb₂Se₃粉体可重复使用，节省原材料,制备得到的Sb₂Se3薄膜具有很好的均一性、透光性和可重复性。