[發明專利]一種石墨烯-氧化鋅納米管陣列染料敏化太陽能電池光陽極的制備方法

有效

• 申請號: 201710626843.6
• 申請日: 2017-07-28
• 公開（公告）號: CN107393722B
• 公開（公告）日: 2019-04-02
• 發明（設計）人: 胡智文;蒙均晶;萬軍民;王秉;彭志勤
• 申請（專利權）人: 浙江理工大學
• 主分類號: H01G9/20
• 分類號: H01G9/20;H01G9/042
• 代理公司: 嘉興永航專利代理事務所(普通合伙) 33265
• 代理人: 江程鵬

本發明涉及太陽能電池領域，公開了一種石墨烯?氧化鋅納米管陣列染料敏化太陽能電池光陽極的制備方法，本發明先制備氧化鋅納米管陣列，再用氨丙基三甲氧基硅烷和氧化鋅納米管陣列表面的羥基反應，形成復合物，再將羧基化的氧化石墨烯引入，使得石墨烯上的羧基與氨丙基三甲氧基硅烷上的氨基反應。使石墨烯與ZnO以化學鍵的形式結合，這種結合方式比單純的物理作用要更牢固，化學鍵的存在大大提高了電子的遷移率也為下一步采用PDMS剝離納米管更加容易進行，同時均勻致密地包裹在支撐材料表面的石墨烯，能夠充分發揮支撐材料的保護作用，大大地提高了復合材料的化學穩定性，從而延長染料敏化電池的穩定性。

技術領域

本發明涉及太陽能電池領域，尤其涉及一種石墨烯-氧化鋅納米管陣列染料敏化太陽能電池光陽極的制備方法。

背景技術

染料敏化太陽能電池因其成本低，制備方法簡單易行，而且光電轉換效率相對較高，成為能緩解能源危機的重要技術之一。典型的DSSC(染料敏化太陽能電池)裝置通常為一種三明治結構，金屬氧化物半導體如二氧化鈦 (TiO₂)、氧化鋅(ZnO)、三氧化鎢(WO₃)負載在導電玻璃上作為工作電極，吸附染料并傳遞電子；鉑(Pt)薄膜作為對電極；電解質溶液擴散在兩電極之間，使染料中的電子再生。自1991年Michael發明染料敏化太陽能電池以來，DSSC備受研究者的關注。

染料敏化太陽能電池大多由TiO₂作為光陽極，而ZnO因與TiO₂性能相近，且擁有制備簡單，環保經濟，形貌多變，電子遷移率高等優點已成為研究染料敏化太陽能電池的重要材料。

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種石墨烯-氧化鋅納米管陣列染料敏化太陽能電池光陽極的制備方法。本發明采用電沉積的方式制備出的氧化鋅納米管陣列表面存在大量的羥基，氨丙基三甲氧基硅烷是一種一端是氨基-NH₂，另一端是硅烷基硅烷偶聯劑，硅烷基首先和氧化鋅納米管陣列表面的羥基反應，形成氨丙基三甲氧基硅烷-氧化鋅納米管陣列的復合物，再將羧基化的氧化石墨烯引入，使得石墨烯上的羧基與氨丙基三甲氧基硅烷上的氨基反應。氨丙基三甲氧基硅烷的存在使得石墨烯與ZnO以化學鍵的形式結合，這種結合方式比單純的物理作用要更牢固，化學鍵的存在大大提高了電子的遷移率也為下一步采用PDMS剝離納米管更加容易進行，同時均勻致密地包裹在支撐材料表面的石墨烯，能夠充分發揮支撐材料的保護作用，大大地提高了復合材料的化學穩定性，從而延長染料敏化電池的穩定性。

本發明的具體技術方案為：一種石墨烯-氧化鋅納米管陣列染料敏化太陽能電池光陽極的制備方法，包括以下步驟：

步驟1：電化學沉積法制備氧化鋅納米棒陣列：采用二電極體系，將硝酸鋅溶液作為電解液放置于水浴中恒溫加熱，將切好的鋅箔和左右兩端貼有絕緣膠帶的導電玻璃分別作為電沉積的陽極和陰極接入電路，沉積結束后，將導電玻璃取出，用去離子水清洗烘干。

導電玻璃的左右兩端貼著絕緣膠帶是為了預留空間，方便步驟5中涂覆PDMS。

步驟2：將步驟1得到的氧化鋅納米棒陣列浸入KOH 溶液中，在水浴條件下恒溫反應，得到氧化鋅納米管陣列。

KOH 溶液的加入是為了溶解氧化鋅納米棒的中間部分，溶解優先從納米棒的核心開始，留下了納米棒的側面，從而形成了管狀結構。

步驟3：偶聯劑修飾氧化鋅納米管陣列：用水蒸氣對氧化鋅納米管陣列進行熏蒸，自然干燥后將氧化鋅納米管陣列轉移至氨丙基三甲氧基硅烷的丙酮溶液中，靜置；用乙醇潤洗，在干燥箱中固化。

步驟4：氧化鋅納米管陣列/氧化石墨烯復合材料的制備：將導電玻璃/氧化鋅納米管陣列浸泡在GO-COOH分散液中，水浴，干燥得到氧化鋅納米管陣列/氧化石墨烯薄膜。