[發明專利]一種基于多級結構ZnO微球光陽極的制備方法及其制得的光陽極

有效

• 申請號: 201510641630.1
• 申請日: 2015-09-30
• 公開（公告）號: CN105185596B
• 公開（公告）日: 2017-03-29
• 發明（設計）人: 王艷香;孫健;李家科;郭平春;楊志勝;黃麗群
• 申請（專利權）人: 景德鎮陶瓷大學
• 主分類號: H01G9/20
• 分類號: H01G9/20;H01G9/042
• 代理公司: 廣州廣信知識產權代理有限公司44261
• 代理人: 李玉峰

技術領域

本發明涉及能源材料技術領域，尤其涉及一種具有多級結構ZnO微球基染料敏化太陽能電池光陽極的制備方法及其制得的光陽極。

背景技術

1991年，M.等首次組裝出光電轉換效率達7.9％的染料敏化太陽能電池(DyeSensitizedSolarCell，簡稱DSSC)，該種電池由于制備工藝簡單、成本低和光電轉化效率高而被稱為第三代太陽能電池，開創了太陽能電池研究和發展的全新領域。染料敏化太陽能電池主要由對電極、光陽極、染料敏化劑、氧化還原電解質等幾部分構成，其中光陽極是電池中的核心部件。目前，光陽極主要是納米晶的TiO₂膜，由于ZnO具有和TiO₂相似的禁帶寬度和電子親和性，并且ZnO的電子擴散系數要強于TiO₂，因此ZnO作為染敏電池的光陽極材料一直被人們寄予厚望。此外，由于ZnO晶體的生長具有各向異性以及合成ZnO晶體的方法多種多樣，因此相對于TiO₂來說，ZnO更易于合成出多種不同形貌的納米結構，比如針狀、片狀、管狀、啞鈴狀和棒狀等等。而多級結構的ZnO微球，因其擁有大的比表面積和較好的光散射性能，可以吸附更多的染料，同時能夠增加光的吸收率，因此基于多級結構ZnO微球的電池其光電轉化效率較高。目前，現有技術多級結構ZnO微球光陽極的制備方法主要是：先合成多級結構ZnO微球粉，然后再將ZnO微球粉與乙基纖維素、松油醇混合加入無水乙醇中制成漿料，再采用各種工藝鍍膜，從而得到多級結構ZnO微球光陽極膜。這種方法存在著工藝復雜和ZnO微球結構易被破壞等問題。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種基于多級結構ZnO微球光陽極的制備方法，以二水乙酸鋅和甲醇為原料，通過低溫化學浴沉積法在導電基底上原位合成得到大面積的光陽極膜。本發明的另一目的在于提供利用上述制備方法制得的光陽極。

本發明的目的通過以下技術方案予以實現：

本發明提供的一種基于多級結構ZnO微球光陽極的制備方法，包括以下步驟：

(1)將二水乙酸鋅溶解于甲醇溶液中，并將溶液攪拌均勻，得到二水乙酸鋅甲醇溶液；

(2)將導電基底放入所述二水乙酸鋅甲醇溶液中，在密封情況下進行恒溫反應，反應溫度≤60℃；反應結束后進行清洗、干燥、煅燒，即制得附著于導電基底上、由多級結構ZnO微球組成的光陽極膜。

上述方案中，本發明所述步驟(1)二水乙酸鋅在甲醇溶液中的濃度為0.09～0.25M。

進一步地，本發明所述步驟(2)導電基底以導電面朝上的形式平放于二水乙酸鋅甲醇溶液中。

進一步地，本發明所述步驟(2)中反應溫度為25～60℃；反應時間為24～48h。

進一步地，本發明所述步驟(2)中干燥溫度為60～100℃；煅燒溫度為350～450℃。

本發明的另一目的通過以下技術方案予以實現：

利用上述制備方法制得的光陽極，所述光陽極其膜厚為7～25μm，由ZnO納米顆粒組成的微球構成；所述微球直徑為300～1000nm，ZnO納米顆粒的直徑為15～25nm。

本發明具有以下有益效果：

(1)本發明以二水乙酸鋅的甲醇溶液為反應液，采用低溫化學浴沉積法在導電基底上原位合成制備出大面積的多級結構ZnO微球光陽極膜，用于染料敏化太陽能電池中具有較高的光電轉換效率(采用一層本發明多級結構ZnO微球光陽極膜，光電轉化率達到3.69～5.21％)。

(2)本發明具有制備工藝簡單、膜厚可控、微球直徑可調、合成溫度低、成本低、可大面積制膜、且ZnO微球結構不易被破壞等特點，反應條件溫和，可控性和重復性強，適用于制備大面積的光陽極，有利于推廣應用和工業化的實現。

附圖說明

下面將結合實施例和附圖對本發明作進一步的詳細描述：

圖1是本發明實施例一、二、三所制得光陽極膜的場發射掃描電鏡斷面照片；

圖2是本發明實施例一、二、三所制得光陽極膜的場發射掃描電鏡斷面照片(放大倍數)。

具體實施方式

本發明實施例一種基于多級結構ZnO微球光陽極的制備方法，采用摻氟的氧化錫導電玻璃(FTO)或是氧化銦錫導電玻璃(ITO)作為導電基底。

實施例一：

本實施例一種基于多級結構ZnO微球的光陽極的制備方法，其步驟如下：