[發明專利]用于光陽極材料的ZnO/TiO2復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201410108567.0
• 申請日: 2014-03-21
• 公開（公告）號: CN103854865A
• 公開（公告）日: 2014-06-11
• 發明（設計）人: 馬培艷;孔威
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: H01G9/042
• 分類號: H01G9/042;H01L31/18
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 崔友明

技術領域

本發明屬于染料太陽能電池領域，更具體涉及用于染料敏化太陽能電池光陽極材料的ZnO/TiO₂復合材料及其制備。

背景技術

世界經濟的快速發展，使得石油，煤炭等傳統能源加劇消耗，世界面臨嚴重的能源危機，尋求新的替代能源已經迫在眉睫。太陽能作為一種無污染、潔凈的可再生能源日益受到了人們的關注尋找一種高效的太陽能電池材料也成為了科學家研究的一個熱點。

ZnO室溫下禁帶寬度為3.37eV，有較高的電子遷移率，更有利于減少電子在薄膜中的傳輸時間，降低光生電子復合幾率，被大量應用于染料敏化太陽能電池的研究。目前ZnO太陽能電池由于ZnO電子空穴復合幾率過高，導致光電轉化效率偏低，如何制備具有更高光電轉化效率的ZnO染料敏化電池光陽極材料成為了人們的研究重點。

發明內容

本發明的目的是提供一種用于染料太陽能電池光陽極材料的ZnO/TiO₂復合材料及其制備方法，其制備條件簡單，成本低，周期短，能有效提高光電轉化效率，有利于實際生產。

為達到上述目的，采用技術方案如下：

用于光陽極材料的ZnO/TiO₂復合材料，由如下方法制備而來：

采用沸石咪唑酯骨架結構材料為前驅體，利用鈦酸四正丁酯在其表面水解得到TiO₂，經高溫煅燒后得到高比表面積的ZnO/TiO₂復合材料；其中，沸石咪唑酯骨架結構材料以硝酸鋅和2-甲基咪唑為原料制備而來。

用于光陽極材料的ZnO/TiO₂復合材料的制備方法，包括以下步驟：

以硝酸鋅和2-甲基咪唑為原料制備沸石咪唑酯骨架結構材料，將其分散于無水乙醇制得前驅體分散液；將鈦酸四正丁酯溶解于無水乙醇制得鈦酸四正丁酯溶液；在攪拌條件下將鈦酸四正丁酯溶液加入前驅體分散液反應，反應結束后離心、洗滌、烘干、煅燒得到ZnO/TiO₂復合材料。

按上述方案，所述的前驅體分散液質量濃度控制在5-25g/L。

按上述方案，鈦酸四正丁酯溶液的濃度控制在0.1-0.3M。

按上述方案，鈦酸四正丁酯溶液在10-20min加入前驅體分散液完畢。

按上述方案，煅燒時間應控制在4-6小時；煅燒溫度應控制在500-700℃。

按上述方案，所述硝酸鋅與鈦酸四正丁酯二者的摩爾比例為1:3。

按上述方案，鈦酸四正丁酯溶液在前驅體分散液中反應時間為1-3h。

本發明的有益效果在于：

本發明提供了一種用作染料敏化太陽能電池光陽極材料的高比表面積ZnO/TiO₂復合材料及其制備方法，制備產品能有效提高ZnO太陽能電池的光電轉化效率。

本發明在制備過程中首次采用高溫煅燒的方法對ZnO/TiO₂復合材料進行制備，先制備ZIF/TiO₂復合材料，再利用高溫煅燒將ZIF/TiO₂轉化為高比表面積的ZnO/TiO₂復合材料，利用TiO₂降低ZnO電子空穴復合幾率，達到提高ZnO太陽能電池光電轉化效率的目的。

本發明制備方法簡單，操作容易，有利于生產實踐的使用。

附圖說明

附圖1：ZnO/TiO₂復合材料SEM圖；

附圖2：ZnO/TiO₂復合材料的紫外可見吸收光譜圖；

附圖3：ZnO/TiO₂復合材料的X-射線衍射(XRD)圖；

附圖4：ZnO/TiO₂復合材料的光電流-光電壓(I-V)特征曲線圖；

附圖5：純ZnO的光電流-光電壓(I-V)特征曲線圖。

具體實施方

以下實施例進一步闡釋本發明的技術方案，但不作為對本發明保護范圍的限制。

用于光陽極材料的ZnO/TiO₂復合材料，采用沸石咪唑酯骨架結構材料為前驅體（ZIF），利用鈦酸四正丁酯在其表面水解得到TiO₂，經高溫煅燒后得到高比表面積的ZnO/TiO₂復合材料；其中，沸石咪唑酯骨架結構材料以硝酸鋅和2-甲基咪唑為原料制備而來。