專利名稱：用于制備敏化太陽電池中硫化亞銅對電極的漿料及方法
技術領域：
本發明涉及量子點敏化太陽能電池制造領域，尤其涉及一種以硫化亞銅為主要活性成分的敏化太陽電池對電極及其制作方法。
背景技術：
人類進入二十一世紀以來，面臨的能源問題日趨嚴峻，世界范圍內都在積極努力地尋求解決辦法，可再生能源因此也受到了各國政府的重視，其中太陽能更是以取之不盡、 用之不竭的優點備受關注，因而太陽能電池也成為了新能源研究領域內的熱點。染料敏化太陽能電池(DSC)作為近年來發展起來的一種新型太陽能電池，以其優良的性能和經濟、 便捷的制備方法引發了全球范圍內的研究熱潮。但由于染料價格方面的因素，限制了 DSC 成本的進一步降低。近一段時間來，作為染料敏化劑的替代品，量子點敏化劑也逐漸受到了各方的重視。半導體量子點不僅具有穩定性好、價格低廉、消光系數大等敏化劑所必需的特點，還可以通過控制其尺寸實現光學帶隙的調節，以多種量子點復合敏化來達到對太陽光譜最大化的利用。同時，光激發后發生在量子點內部的多激子效應可以使一個光子產生多個電子空穴對，顯著提升太陽電池的量子效率，可以得到更高的光電轉換效率。然而，由于相關研究剛剛起步，量子點敏化太陽電池的效率并沒有達到理想的狀態。為了進一步提高電池的轉換效率，需要對電池的各個組成部分進行優化，其中對電極材料的選擇和制備是影響電池效率的關鍵因素之一。目前常用的對電極包括金對電極(Advanced Functional Materials，19，604，2009)、白金對電極(Applied Physics Letters，96，63501，2010)、碳對電極(Electrochemistry Communications, 12，327，2010) 以及通過腐蝕銅片得到的硫化亞銅對電極(Nanotechnology，20，295204，2009)。但是，這幾種對電極都存在著一定的問題，比如貴金屬對電極的成本較高，碳對電極雖然價格低廉但活性仍不能達到滿足電池高效率工作的水平，通過腐蝕銅片得到的硫化亞銅對電極盡管克服了成本和活性兩方面的問題，但是由于電解液持續不斷地腐蝕銅片，使電解液組分產生變化并且也在封裝過程中也存在難以密封的問題，從而使電池的性能不穩定，因此很難達到實用化的需要。
發明內容
因此，本發明的目的在于克服上述現有技術存在的缺陷，提供一種能夠提高與基底的粘結性及穩定性的用于制備敏化太陽電池中硫化亞銅對電極的漿料及方法。本發明的目的是通過以下技術方案實現的根據本發明的第一方面，提供一種用于制備敏化太陽電池中硫化亞銅對電極的漿料，其中，含有重量比為0. 01% 85%的硫化亞銅、重量比為0% 80%的復合物、重量比為0 25%的添加劑，其余為溶劑，所述復合物選自碳材料或導電聚合物中的至少一種。在上述漿料中，所述硫化亞銅重量比優選為45 85%。在上述漿料中，所述復合物重量比優選為30% 80%。
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在上述漿料中，所述碳材料選自鱗片狀石墨、導電炭黑、活性炭、石墨烯、單壁碳納米管、多壁碳納米管、球狀石墨、硬碳材料或富勒烯及其衍生物中的至少一種。在上述漿料中，所述導電聚合物選自聚乙炔、聚吡咯、聚噻吩、聚苯胺、聚對苯、聚苯乙烯，聚噻吩乙烯、聚呋喃乙烯、聚苯硫醚、聚苯乙炔、聚硒吩、聚呋喃、聚氮取代苯胺、聚氮取代吡咯、聚聯苯胺、聚吲哚、聚噻吩吡咯、聚芴、聚吡啶或聚偏氟乙烯中的至少一種。在上述漿料中，所述添加劑包括粘結劑、粘度調節劑和表面活性劑中的至少一種。 其中，根據本發明的第二方面，提供一種采用上述漿料制備的硫化亞銅對電極，其中，所述對電極包括襯底及其上的催化活性材料，所述催化活性材料包括硫化亞銅。在上述對電極中，所述襯底包括導電玻璃、玻璃、有機玻璃、金屬、合金、石墨、導電聚合物、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、尼龍(PA)、聚碳酸酯 (PC)、聚甲醛(POM)、聚對苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚苯醚(ΡΡ0/ΡΡΕ)、聚乙烯(PE)或聚丙烯(PP)。根據本發明的第三方面，提供一種采用上述漿料制備敏化太陽電池中硫化亞銅對電極的方法，該方法包括以下步驟將原料按配比配制為漿料，將此漿料通過刮涂、噴涂或絲網印刷的方法沉積于襯底上成膜，再經過熱處理。根據本發明的第四方面，提供一種原位制備敏化太陽電池中硫化亞銅對電極的方法，該方法包括通過使含有銅源和硫源的材料反應，得到附著在導電襯底上的硫化亞銅對電極。在上述方法中，所述使含有銅源和硫源的材料反應包括同時將含有銅源和硫源的材料作為反應物在導電襯底上進行反應或將導電襯底分別與含有銅源和硫源的體系先后接觸。與現有技術相比，本發明的優點在于1、使硫化亞銅與基底粘結更牢固，增強了其穩定性，并便于電池封裝；2、降低了電池的制造成本。
具體實施例方式以下參照具體的實施例來說明本發明。本領域技術人員能夠理解，這些實施例僅用于說明本發明的目的，其不以任何方式限制本發明的范圍。[實施例1]原位制備硫化亞銅對電極采用溶劑熱法在透明導電玻璃表面原位沉積硫化亞銅，反應條件為以乙二醇為溶劑，20mM醋酸銅和IOmM硫脲為反應物，在180°C條件下溶劑熱沉積5小時；然后取出透明導電玻璃，用純水沖凈后60°C真空干燥12小時，即得到硫化亞銅對電極。將上述實施例1的對電極組裝成電池進行光電轉換效率測試，其中光陽極為納米二氧化鈦多孔薄膜，敏化量子點為CdS和CdSe，電解液為IM硫化鈉和IM單質硫的水溶液， 測試結果如表1所示。作為對比，在導電玻璃上分別沉積了白金(熱解法)、黃金(熱蒸鍍)、 碳(刮涂法)對電極及電解液腐蝕銅片所得到的對電極，其光電效率結果如表1所示。結果表明以硫化亞銅作為催化活性成分的對電極，電池的短路電流、填充因子、光電轉換效率比現有白金、黃金、碳及腐蝕銅片對電極的更高，是一種更加優良的對電極。表 權利要求
1.一種用于制備敏化太陽電池中硫化亞銅對電極的漿料，其特征在于含有重量比為 0. 01 % 85 %的硫化亞銅、重量比為0 % 80 %的復合物、重量比為0 25 %的添力卩劑，其余為溶劑，其中所述復合物選自碳材料或導電聚合物中的至少一種。
2.根據權利要求1所述的漿料，其特征在于，所述硫化亞銅重量比為45 85%。
3.根據權利要求1所述的漿料，其特征在于，所述復合物重量比為30% 80%。
4.根據權利要求1所述的漿料，其特征在于，所述碳材料選自鱗片狀石墨、導電炭黑、 活性炭、石墨烯、單壁碳納米管、多壁碳納米管、球狀石墨、硬碳材料或富勒烯及其衍生物中的至少一種。
5.根據權利要求1所述的漿料，其特征在于，所述導電聚合物選自聚乙炔、聚吡咯、聚噻吩、聚苯胺、聚對苯、聚苯乙烯，聚噻吩乙烯、聚呋喃乙烯、聚苯硫醚、聚苯乙炔、聚硒吩、聚呋喃、聚氮取代苯胺、聚氮取代吡咯、聚聯苯胺、聚吲哚、聚噻吩吡咯、聚芴、聚吡啶或聚偏氟乙烯中的至少一種。
6.根據權利要求1所述的漿料，其特征在于，所述添加劑包括粘結劑、粘度調節劑和表面活性劑中的至少一種。
7.一種采用權利要求1至6中任一項所述漿料制備的硫化亞銅對電極，其特征在于，所述對電極包括襯底及其上的催化活性材料，所述催化活性材料包括硫化亞銅。
8.一種采用權利要求1至6中任一項所述漿料制備敏化太陽電池中硫化亞銅對電極的方法，該方法包括以下步驟將原料按配比配制為漿料，將此漿料通過刮涂、噴涂或絲網印刷的方法沉積于襯底上成膜，再經過熱處理。
9.一種原位制備敏化太陽電池硫化亞銅對電極的方法，方法包括通過與含有銅源和硫源的體系反應，得到附著在導電襯底上的硫化亞銅對電極。
10.根據權利要求9所述的方法，其特征在于，所述與含有銅源和硫源的材料反應包括同時將含有銅源和硫源的材料作為反應物在導電襯底上進行反應或將導電襯底分別與含有銅源和硫源的體系先后接觸得到。
全文摘要
本發明公開了一種用于制備敏化太陽電池中硫化亞銅對電極的漿料，其中含有重量比為0.01％～85％的硫化亞銅、重量比為0％～80％的復合物、重量比為0～25％的添加劑，其余為溶劑，所述復合物選自碳材料或導電聚合物中的至少一種。本發明所用的基于硫化亞銅的對電極制作簡便，性能優越，穩定性好，適用于商品化的量子點敏化太陽電池。
文檔編號H01G9/20GK102298984SQ20101021786
公開日2011年12月28日 申請日期2010年6月24日 優先權日2010年6月24日
發明者孟慶波, 李冬梅, 羅艷紅, 鄧明暉 申請人:中國科學院物理研究所