[发明专利]一种用于敏化太阳电池的复合结构光阳极及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于太阳能技术领域，更具体涉及一种以复合结构材料作为电极的敏化太阳能电池 

背景技术

近年来能源短缺造成国际石油价格逐年疯长，太阳能作为一种来源丰富且干净环保的新能源备受瞩目。染料敏化太阳能电池(DSSCs)是近年来新研发的一种低成本且高光电转换效率的太阳能电池。DSSCs是由瑞士科学家Micheal 的团队于1991年提出，兴起了各界对DSSC电池的研究热潮(O’Regan，B.， M.，Nature，1991，353，737)。DSSCs是将吸附了染料的宽禁带半导体纳米晶薄膜作为正极，表面镀有一层铂的导电玻璃作为对电极，正极和对电极之间加入氧化-还原电解质形成的。染料分子吸收太阳光能，电子从基态跃迁到激发态，激发态上面的电子快速注入紧邻的TiO₂导带，染料中失去的电子很快从电解质中得到补偿，进入TiO₂导带中的电子最终进入导电膜，然后通过外电路到对电极产生光电流。然而，染料的稳定性还有待进一步的提高，而且价格也相对较高，所以采用价格便宜的窄禁带无机半导体量子点作为敏化剂，可以降低电池的成本，提高稳定性，这种电池成为量子点敏化太阳能电池(QDSSCs)。一般染料吸收一个光子最多产生一个电子，量子点可以由一个高能光子产生多个电子，大大提高量子产率(Nozik，A.J.，PhysicaE，2002，14，115)。 

敏化太阳能电池的光阳极通常是采用多孔TiO₂纳米晶颗粒薄膜，然而TiO₂的电子扩散常数为5x10^-5cm²/s，相比宽禁带的ZnO纳米棒来说要低，但是由于ZnO纳米棒的比表面积相比TiO₂纳米晶颗粒来说要低的多，造成吸附的染料与量子点的数量相对要少，也造成ZnO作为光阳极的敏化类太阳能电池的效率低下，印度学者在ZnO纳米棒上组装CdS量子点后其光电转换效率达到0.69％(M.Thambidurai，J.Nanopart.Res.2011，10，1007)。 

发明内容

为了克服上述的缺陷，本发明提供了一种用于敏化太阳能电池的复合结构光阳极材料，以此来提高敏化太阳能电池的开路电压、短路电流与光电转换效率。 

本发明是通过以下技术方案实施的： 

一种用于敏化太阳电池的复合结构光阳极及制备方法，该方法是在生长ZnO纳米棒之前先生长一层致密的TiO₂纳米晶颗粒，形成TiO₂/ZnO复合结构作为敏化太阳能电池的光阳极 材料。

所述方法的具体步骤为： 

1)配备0.01M-0.05M的TiCl₄溶液；

2)将导电基底浸入步骤1)的溶液中，放入恒温箱中20-120min后取出，恒温箱的温度为30-100℃；

3)将步骤2)所得的基底放入高温炉中烧结20-60min，退火后取出，及得到TiO₂纳米颗粒层，高温炉的温度为300-600℃；

4)配备0.01M-0.1M的可溶性锌盐和六亚甲基四胺的混合溶液中，放入恒温箱中2-48h后取出，及得到TiO₂纳米颗粒/ZnO纳米棒复合结构，恒温箱温度为50-100℃。

本发明的优点在于：在生长ZnO纳米棒之前生长一层TiO₂致密的纳米晶颗粒，降低了光阳极材料的导带，有利于敏化剂产生的电子更加有效的注入到光阳极材料中，提高了太阳能电池的开路电压，短路电流和光电转换效率。此方法简单，价格便宜，易于操作，并且适宜大面积制作。在100mW/cm²的光强条件下，组装成染料敏化太阳能电池可达到0.778％的光电转换效率。组装成量子点敏化太阳能电池，其光电转化效率为1.75％，开路电压达到0.768V，短路电流为5.12mA/cm²，填充因子44％，比TiO₂纳米晶颗粒作为光阳极的电池转换效率高出94％，比ZnO纳米棒作为光阳极的电池转换效率高出247％。 

本发明将通过下面实例来进行举例说明，但是，本发明并不限于这里所描述的实施方案，本发明的实施例仅用于进一步阐述本发明。对于本领域的技术人员对本发明的内容所进行的替代、改动或变更，这些等价形式同样落入本申请所限定的范围内。 

附图说明

图1为FTO表面形貌SEM图；