[發(fā)明專利]一種用于敏化太陽能電池的雙層結構ZnO光陽極及制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110389152.1
• 申請日: 2011-11-30
• 公開（公告）號: CN102543479A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發(fā)明（設計）人: 孫哲;鄒小平;魏翠柳
• 申請（專利權）人: 北京信息科技大學
• 主分類號: H01G9/058
• 分類號: H01G9/058;H01G9/20;H01M14/00;H01L31/0224;H01L31/18
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技術領域

本發(fā)明屬于太陽能技術領域，更具體涉及一種用于敏化太陽能電池的雙層結構ZnO光陽極及制備方法?

背景技術

近年來能源短缺造成國際石油價格逐年瘋長，太陽能作為一種來源豐富且干凈環(huán)保的新能源備受矚目。染料敏化太陽能電池(DSSCs)是近年來新研發(fā)的一種低成本且高光電轉換效率的太陽能電池。DSSCs是由瑞士科學家Micheal?的團隊于1991年提出，興起了各界對DSSC電池的研究熱潮(O’Regan，B.，?M.，Nature，1991，353，737)。DSSCs是將吸附了染料的寬禁帶半導體納米晶薄膜作為正極，表面鍍有一層鉑的導電玻璃作為對電極，正極和對電極之間加入氧化-還原電解質形成的。染料分子吸收太陽光能，電子從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)，激發(fā)態(tài)上面的電子快速注入緊鄰的TiO₂導帶，染料中失去的電子很快從電解質中得到補償，進入TiO₂導帶中的電子最終進入導電膜，然后通過外電路到對電極產生光電流。然而，染料的穩(wěn)定性還有待進一步的提高，而且價格也相對較高，所以采用價格便宜的窄禁帶無機半導體量子點作為敏化劑，可以降低電池的成本，提高穩(wěn)定性，這種電池成為量子點敏化太陽能電池(QDSSCs)。一般染料吸收一個光子最多產生一個電子，量子點可以由一個高能光子產生多個電子，大大提高量子產率(Nozik，A.J.，PhysicaE，2002，14，115)。?

敏化太陽能電池的光陽極通常是采用多孔TiO₂納米晶顆粒薄膜，然而TiO₂的電子擴散常數為5x10^-5cm²/s，相比寬禁帶的ZnO納米棒來說要低，但是由于ZnO納米棒的比表面積相比TiO₂納米晶顆粒來說要低的多，造成吸附的染料與量子點的數量相對要少，也造成ZnO作為光陽極的敏化太陽能電池的效率低下，例如東南大學的研究學者采用了兩步水熱的方法合成了一種下層為ZnO納米棒上層為ZnO納米花的雙層結構，組裝成CdS敏化太陽能電池后達到0.45％的光電轉換效率(J.Chen，Applied?Surface?Science，2009，255，7508)，CN201010150241.6公開了一種用溶膠-凝膠技術在FTO玻璃片上沉積氧化鋅薄膜，其次采用水熱自組裝生長技術在氧化鋅薄膜上生長氧化鋅納米線陣列，然后在上面涂覆一層由膠體化學自組裝生長的多分散系氧化鋅微球制作成的氧化鋅納米結構復合光陽極。?

發(fā)明內容

為了克服上述的缺陷，本發(fā)明提供了一種用于量子點太陽電池的雙層結構ZnO光陽極材料，此方法為一步水熱法，生長的材料包含雙層結構，下層為一層直徑較小的ZnO納?米棒，上層為一層直徑較大的ZnO納米棒，組裝成敏化太陽能電池后提高了此類電池的開路電壓、短路電流與光電轉換效率。?

本發(fā)明是通過以下技術方案實施的：?

一種用于敏化太陽能電池的雙層結構ZnO光陽極及制備方法，該方法是在不同的直徑的培養(yǎng)皿當中生長ZnO，由于溶劑不同的蒸發(fā)速率，形成ZnO雙層結構作為量子點敏化太陽能電池的光陽極材料。

所述方法中下層的ZnO納米棒的直徑在20-100nm之間。?

所述方法中上層的ZnO納米棒的直徑在200-400nm之間。?

所述方法的具體步驟為：?

1)配備0.01M-0.1M的可溶性鋅鹽和C₆H₁₂N₄的混合溶液10-100ml；

2)將步驟1)配備的溶液放入60-100℃的恒溫箱中保持10-100min；

3)步驟2)中的配備的溶液放入直徑為50-150mm的培養(yǎng)皿中；

4)將清洗干凈的導電基底放入步驟3)中的溶液當中；

5)將步驟4)的溶液放入60-100℃的恒溫箱中生長1-15h得到待敏化的ZnO雙層結構光陽極材料。