[发明专利]一种二硫化钼和硫掺杂碳球复合电极的制备方法

说明书

本发明公开了一种染料敏化太阳能电池石墨纸基底二硫化钼和硫掺杂碳球复合材料对电极的制备方法。其制备方法是：将适量碳球加入到乙醇中超声处理形成均匀的碳分散液。然后将适量五氯化钼加入到碳分散液中再滴涂在用氢氧化钠处理过的石墨纸上，干燥后放置在真空管式炉中，硫粉放置在靠近进气口的一端，然后在氩气下800℃保温，降温后，得到在石墨纸基底上生长的二硫化钼和硫掺杂碳球复合材料。这种复合材料中的二硫化钼，晶格中存在大量的缺陷，这使得它具有更多的催化活性位点，从而提高了它作为对电极的催化活性。二硫化钼/硫掺杂碳球复合材料对电极具有极好的光电性能，明显优于单纯的二硫化钼对电极。

技术领域

本发明涉及一种染料敏化太阳能电池，尤其涉及一种染料敏化太阳能电池对电极及其制备方法。

背景技术

能源作为人类社会发展的三大支柱之一，一直以来都吸引着人类的关注。随着现代社会的快速发展，人类对于能源的需求与日俱增。目前，煤炭、石油和天然气等传统的化石能源依然是世界上使用得最广泛的能源。然而，化石能源储量有限，且不可再生，在人类快速的消耗之下，化石能源已经面临着枯竭的危险。另外，化石能源在燃烧时会释放出大量的温室气体CO₂和其他有害烟尘，给人类的生态环境带来了巨大威胁。在21世纪，能源危机是人类社会必须面对的问题。因此，大力开发、利用新型能源，以替代传统的化石能源，是一个迫在眉睫的课题。

太阳能作为一种可再生能源，具有储量丰富、不受地域限制、清洁无污染的特点。近年来，人们越来越重视对太阳能的开发和利用，相关的技术也越来越成熟。光电转换是利用太阳能的重要方式之一，其主要表现形式是太阳能电池。经过不断的发展，太阳能电池的种类越来越多，根据材料的不同，太阳能电池可分为硅太阳能电池、多元化合物薄膜太阳能电池、聚合物多层修饰电极型太阳能电池、纳米晶太阳能电池和有机太阳能电池。目前，硅太阳能电池是发展最成熟的，在实际应用中居主导地位。但是，硅太阳能电池的成本高昂，严重制约了它的大规模应用。

作为第三代太阳能电池，染料敏化太阳能电池由于其制备工艺简单，光电转换效率高和制作成本低等优点而一度成为了太阳能电池的研究热点。染料敏化太阳能电池主要由光阳极、电解质和对电极组成。对电极是染料敏化太阳能电池的重要组成部分，具有从外电路收集电子和催化I₃^-还原的作用。目前，性能最好的对电极材料是Pt，它具有优秀的催化活性、良好的导电性，以及出色的稳定性。但是Pt是一种稀有贵金属，含量稀少，价格昂贵，因此，寻找合适的Pt替代材料，具有现实意义，也是对电极研究的热点问题。目前，很多材料都被引入到对电极的研究中，并且表现出了优秀的性能。无论是Pt复合材料、碳材料，还是导电聚合物材料、过渡金属硫化物材料，都具有作为对电极材料的良好潜质。MoS₂作为一种典型的过渡金属硫化物，具有一种类石墨的层状结构。它的每一层都是由两个S原子层和一个夹在S原子层之间的Mo原子层构成，层与层之间通过范德华力结合起来。MoS₂的独特结构，以及它良好的导电性和电催化活性，吸引了人们关注的目光。MoS₂及其复合材料，一直被广泛应用于对电极研究领域，并取得了十分出色的光电性能。因此，MoS₂及其复合材料，被认为是Pt对电极最有潜力的替代品之一。

本发明提供了一种石墨纸基底上制备二硫化钼和硫掺杂碳球复合材料对电极的方法。所制备的二硫化钼和硫掺杂碳球复合材料对电极具有优异的性能，其导电性、催化活性以及光电转换效率均明显优于单纯的MoS₂对电极。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有染料敏化太阳能电池Pt对电极材料价格昂贵、不适合大规模应用的问题，提供了一种染料敏化太阳能电池二硫化钼和硫掺杂碳球复合材料对电极的制备方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

步骤一：将石墨纸浸泡在NaOH溶液中，加热到80-100℃，保温2-5h后冷却至室温，用去离子水冲洗，真空干燥；