一種超薄菱形截面硫硒化鈷復合納米陣列的制備方法
【專利摘要】本發明公開了一種超薄菱形截面硫硒化鈷復合納米陣列的制備方法，將硝酸鈷溶于蒸餾水中，再加入氯化銨和尿素，將溶液攪拌混合均勻后轉入含有導電玻璃的水熱反應釜中，然后于120?150℃水熱反應30?60min，冷卻至室溫后用蒸餾水反復沖洗得到表面覆蓋有堿式碳酸鈷的導電玻璃片；將硒粉和硫粉充分研磨混合后置于瓷舟內，再將表面覆蓋有堿式碳酸鈷的導電玻璃片置于瓷舟內，然后將瓷舟置于管式爐內并繼續通入保護氣，于450℃反應1?3h后得到超薄菱形截面硫硒化鈷復合納米陣列。本發明制得的硫硒化鈷復合納米陣列具有較大的比表面積并提供了良好的電子傳輸孔道，因而表現出良好的電化學特性和催化性能，能夠很好地應用于量子點敏化太陽能電池的對電極。
【專利說明】
一種超薄菱形截面硫砸化鈷復合納米陣列的制備方法
技術領域
[0001]本發明屬于太陽能電池技術領域，具體涉及一種超薄菱形截面硫硒化鈷復合納米陣列的制備方法。【背景技術】
[0002]太陽能具有廉價、無污染和運行安全等特點，并且取之不盡用之不竭，因此成為最具開發潛力的新能源之一。而量子點敏化太陽能電池作為第三代高效太陽能電池，具有成本低廉、制作簡單和理論效率較高的優點，成為目前新能源領域關注的熱點。
[0003]過渡金屬的硫硒三元復合物具有獨特的結構而表現出優異的物理特性和化學特性，同時兼具金屬硫化物和金屬硒化物的雙重優越性，使其具有廣泛的應用前景。目前合成硫硒三元復合物的方法主要有高溫熱分解法、溶劑熱合成法和模板法，然而這些合成方法普遍存在工藝復雜、條件苛刻和產品性能不夠理想的缺陷。
【發明內容】
[0004]本發明解決的技術問題是提供了一種成本低廉且工藝條件溫和的超薄菱形截面硫硒化鈷復合納米陣列的制備方法，該方法制得的硫硒化鈷復合納米陣列因其特殊的形貌使其較大的比表面積并且提供了良好的電子傳輸孔道，另外該方法制得的硫硒化鈷復合納米陣列具有鏡面反射效應，可以重復吸收透過光陽極的部分太陽光，提高了對太陽光的利用率。此外該對電極可以避免電解液對電極材料的腐蝕，提高光伏器件的穩定性。
[0005]本發明為解決上述技術問題采用如下技術方案，一種超薄菱形截面硫硒化鈷復合納米陣列的制備方法，其特征在于具體步驟為:步驟(1)，表面覆蓋有堿式碳酸鈷的導電玻璃片的制備，將硝酸鈷溶于蒸餾水中，再加入氯化銨和尿素，將溶液攪拌混合均勻后轉入含有導電玻璃的水熱反應釜中，然后于120-150°C水熱反應30-60min，冷卻至室溫后用蒸餾水反復沖洗得到表面覆蓋有堿式碳酸鈷的導電玻璃片；步驟(2)，超薄菱形截面硫硒化鈷復合納米陣列的制備，將硒粉和硫粉充分研磨混合后置于瓷舟內，再將步驟(1)得到的表面覆蓋有堿式碳酸鈷的導電玻璃片置于瓷舟內，然后將瓷舟置于管式爐內并繼續通入保護氣，于450°C反應l_3h后將導電玻璃片取出并清洗干凈， 再置于真空干燥箱內干燥得到超薄菱形截面硫硒化鈷復合納米陣列。
[0006]進一步優選，步驟(1)中硝酸鈷、氯化銨與尿素的摩爾比為1:2:5。
[0007]進一步優選，步驟(2)中硒粉和硫粉的投料總質量為lmmol硝酸鈷對應硒粉和硫粉的總質量為〇.16g，硒粉與硫粉的質量比為1 -3:1。
[0008]進一步優選，步驟(2)中的保護氣為氮氣或氬氣。
[0009]進一步優選，步驟(2)得到的超薄菱形截面硫硒化鈷復合納米陣列垂直于導電玻璃片生長且厚度為300-500nm〇
[0010]本發明制備方法簡單，反應條件溫和，制得的硫硒化鈷復合納米陣列具有較大的比表面積并提供了良好的電子傳輸孔道，因而表現出良好的電化學特性和催化性能，在量子點敏化太陽能電池中具有廣闊的應用前景，能夠很好地應用于太陽能電池的對電極。【附圖說明】
[0011]圖1是本發明實施例1制得的堿式碳酸鈷納米陣列的俯視掃描電鏡圖；圖2是本發明實施例1制得的硫硒化鈷復合納米陣列的俯視掃描電鏡圖；圖3是本發明實施例1制得的硫硒化鈷復合納米陣列的截面掃描電鏡圖。【具體實施方式】
[0012]以下通過實施例對本發明的上述內容做進一步詳細說明，但不應該將此理解為本發明上述主題的范圍僅限于以下的實施例，凡基于本發明上述內容實現的技術均屬于本發明的范圍。[〇〇13] 實施例1(1)將5mmol硝酸鈷溶解于50mL蒸餾水中，再加入lOmmol氟化銨和25mmol尿素，將溶液攪拌均勻后轉入水熱反應釜中且該水熱反應釜中放有導電玻璃(FT0)片，然后于120 °C水熱反應30min，冷卻至室溫后用蒸餾水反復沖洗得到表面覆蓋有堿式碳酸鈷的導電玻璃(FT0) 片；(2)將硒粉和硫粉充分研磨后平鋪于瓷舟內，其中硒粉與硫粉的質量比為3:1，硒粉與硫粉的總質量為〇.8g，然后將步驟(1)得到的表面覆蓋有堿式碳酸鈷的導電玻璃片置于瓷舟內，將該瓷舟置于管式爐內并繼續通入氬氣，于450°C反應lh后將導電玻璃片取出清洗干凈，再置于真空干燥箱內干燥，最后得到硫硒化鈷復合納米陣列。
[0014]圖1為本實施例制得的表面覆蓋有堿式碳酸鈷的導電玻璃片的俯視掃描電鏡圖， 由圖可知通過步驟(1)制得了高密度、尺寸均一、表面光滑的菱形堿式碳酸鈷的納米棒狀陣列。
[0015]圖2為本實施例制得的表面覆蓋有硫硒化鈷復合納米陣列的導電玻璃片的俯視掃描電鏡圖，由圖可知通過步驟(2)制得的硫硒化鈷復合納米陣列仍保持有菱形截面，且菱形截面表面粗糙，顆粒尺寸變小。
[0016]圖3為本實施例制得的硫硒化鈷復合納米陣列的截面掃描圖，從圖中可以看到，該硫硒化鈷復合納米陣列垂直于導電玻璃片生長且厚度約為300-500nm。[〇〇17]將該硫硒化鈷復合納米陣列用于量子點敏化太陽能電池對電極，與用黃銅片作對電極的電池比較。用黃銅片作為太陽能電池的對電極開路電壓、短路電流、填充因子和效率分別為〇.576V、13.87mA/cm2、0.543和4.34%，而用本實施例制得的硫硒化鈷復合納米陣列作為太陽能電池的對電極開路電壓、短路電流、填充因子和效率分別為0.578V、14.84mA/ cm2、0.499和4.28%，這說明制備的超薄菱形截面硫硒化鈷復合納米陣列由于其較大的比表面積和良好的電子傳輸通道，有利于電子的快速傳輸，從而具有較低的復合電阻，表現出了良好的催化活性，達到了與傳統銅片電極相當的性能。此外，由于該硫硒化鈷復合納米陣列，可以避免解液與電極材料的腐蝕反應，提高了其性能穩定性。[〇〇18] 實施例2(1)將5mmol硝酸鈷溶解于50mL蒸餾水中，再加入lOmmol氟化銨和25mmol尿素，將溶液攪拌均勻后轉入水熱反應釜中且該水熱反應釜中放有導電玻璃(FTO)片，然后于120 °C水熱反應lh，冷卻至室溫后用蒸餾水反復沖洗得到表面覆蓋有堿式碳酸鈷的導電玻璃(FT0)片； (2)將硒粉和硫粉充分研磨后平鋪于瓷舟內，其中硒粉與硫粉的質量比為1:1，硒粉與硫粉的總質量為〇.8g，然后將步驟(1)得到的表面覆蓋有堿式碳酸鈷的導電玻璃片置于瓷舟內，將該瓷舟置于管式爐內并繼續通入氮氣，于450°C反應lh后將導電玻璃片取出清洗干凈，再置于真空干燥箱內干燥，最后得到硫硒化鈷復合納米陣列。
[0019]實施例3(1)將5mmol硝酸鈷溶解于50mL蒸餾水中，再加入lOmmol氟化銨和25mmol尿素，將溶液攪拌均勻后轉入水熱反應釜中且該水熱反應釜中放有導電玻璃(FT0)片，然后于150 °C水熱反應30min，冷卻至室溫后用蒸餾水反復沖洗得到表面覆蓋有堿式碳酸鈷的導電玻璃(FT0) 片；(2)將硒粉和硫粉充分研磨后平鋪于瓷舟內，其中硒粉與硫粉的質量比為1:1，硒粉與硫粉的總質量為〇.8g，然后將步驟(1)得到的表面覆蓋有堿式碳酸鈷的導電玻璃片置于瓷舟內，將該瓷舟置于管式爐內并繼續通入氬氣，于450°C反應3h后將導電玻璃片取出清洗干凈，再置于真空干燥箱內干燥，最后得到硫硒化鈷復合納米陣列。
[0020]以上實施例描述了本發明的基本原理、主要特征及優點，本行業的技術人員應該了解，本發明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發明的原理，在不脫離本發明原理的范圍下，本發明還會有各種變化和改進，這些變化和改進均落入本發明保護的范圍內。
【主權項】
1.一種超薄菱形截面硫硒化鈷復合納米陣列的制備方法，其特征在于具體步驟為:步驟(1)，表面覆蓋有堿式碳酸鈷的導電玻璃片的制備，將硝酸鈷溶于蒸餾水中，再加入氯化銨和尿素，將溶液攪拌混合均勻后轉入含有導電玻璃的水熱反應釜中，然后于120-150°C水熱反應30-60min，冷卻至室溫后用蒸餾水反復沖洗得到表面覆蓋有堿式碳酸鈷的 導電玻璃片；步驟(2)，超薄菱形截面硫硒化鈷復合納米陣列的制備，將硒粉和硫粉充分研磨混合后 置于瓷舟內，再將步驟(1)得到的表面覆蓋有堿式碳酸鈷的導電玻璃片置于瓷舟內，然后將 瓷舟置于管式爐內并繼續通入保護氣，于450°C反應l_3h后將導電玻璃片取出并清洗干凈， 再置于真空干燥箱內干燥得到超薄菱形截面硫硒化鈷復合納米陣列。2.根據權利要求1所述的超薄菱形截面硫硒化鈷復合納米陣列的制備方法，其特征在 于:步驟(1)中硝酸鈷、氯化銨與尿素的摩爾比為1:2:5。3.根據權利要求1所述的超薄菱形截面硫硒化鈷復合納米陣列的制備方法，其特征在 于:步驟(2)中硒粉和硫粉的投料總質量為lmmol硝酸鈷對應硒粉和硫粉的總質量為0.16g， 硒粉與硫粉的質量比為1_3:1。4.根據權利要求1所述的超薄菱形截面硫硒化鈷復合納米陣列的制備方法，其特征在 于:步驟(2)中的保護氣為氮氣或氬氣。5.根據權利要求1所述的超薄菱形截面硫硒化鈷復合納米陣列的制備方法，其特征在 于:步驟(2)得到的超薄菱形截面硫硒化鈷復合納米陣列垂直于導電玻璃片生長且厚度為 300_500nm〇
【文檔編號】H01G9/20GK105977033SQ201610417520
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年6月15日
【發明人】武大鵬, 王紅菊, 高志永, 馬超, 徐芳, 常玖利, 蔣凱
【申請人】河南師范大學