[发明专利]染料敏化太阳能电池用氧化锌薄膜电极材料及其制备方法

权利要求书

1.一种氧化锌(ZnO)薄膜电极材料的制备方法，包括如下步骤：

(A)碳球模板的制备

将浓度为1～2M的蔗糖水溶液在180～220℃的高压釜中水热反应130～180min，自然冷却后抽滤，并经过水和乙醇多次洗涤后，将产物放入80℃烘箱中干燥12～24h，所得碳球模板的粒径为2～8μm；

(B)具有最外两壳层尺寸相近结构的ZnO多壳层空心球的制备

将碳球模板均匀分散于锌盐溶液中，搅拌4～8h后抽滤，用去离子水洗涤3～5遍，放入80℃烘箱中干燥12～24h，将所得固体粉末置于马弗炉中，采用两阶段的升温程序对固体粉末进行煅烧，自然冷却后得到最外两壳层尺寸相近结构ZnO多壳层空心球；

(C)ZnO多壳层空心球薄膜电极材料的制备

将最外两壳层尺寸相近结构的ZnO多壳层空心球、松油醇、乙基纤维素均匀分散于无水乙醇中，超声30min后得到ZnO白色浆料，通过手术刀法将白色浆料刮涂在清洗干净的掺杂氟的氧化锡(FTO)导电玻璃上，热处理后得到ZnO多壳层空心球薄膜电极材料。

2.如权利要求1所述的氧化锌薄膜电极材料的制备方法，其特征在于，步骤B中的锌盐为Zn(NO₃)₂·6H₂O、ZnCl₂或Zn(CH₃COO₂)·2H₂O。

3.如权利要求1所述的氧化锌薄膜电极材料的制备方法，其特征在于，步骤B中锌盐溶液的浓度为1～6M。

4.如权利要求1所述的氧化锌薄膜电极材料的制备方法，其特征在于，步骤B的两阶段升温程序为：以0.5～1.5℃/min的升温速率升至380～420℃并恒温20～60min，然后以相同的升温速率升至500℃，恒温煅烧1h。

5.如权利要求1所述的氧化锌薄膜电极材料的制备方法，其特征在于，步骤C中ZnO多壳层空心球、松油醇、乙基纤维素和无水乙醇的质量比为1∶(0.8～2)∶(0.1～1)∶(5～16)。

6.如权利要求1所述的氧化锌薄膜电极材料的制备方法，其特征在于，步骤C中FTO导电玻璃的清洗步骤为：将导电玻璃放在加有洗涤剂的烧杯中超声1h，然后依次用自来水、丙酮、无水乙醇冲洗后，再放入氢氧化钠的乙醇饱和溶液中超声10分钟，最后分别用无水乙醇和去离子水冲洗干净并吹干。

7.如权利要求1所述的氧化锌薄膜电极材料的制备方法，其特征在于，步骤C中薄膜电极材料的热处理温度为350～500℃，热处理时间为60～180min，升温速率为0.5～5℃/min。

8.根据权利要求1所述方法制备的一种氧化锌薄膜电极材料，其中的ZnO为具有最外两壳层尺寸相近结构的多壳层空心球。

9.如权利要求8所述的氧化锌薄膜电极材料，其特征在于，具有最外两壳层尺寸相近结构的ZnO多壳层空心球的壳层数在2～6范围内可调，球壳直径在0.5～2μm范围内可调。

10.如权利要求8或9所述的氧化锌薄膜电极材料，其特征在于，在相同的染料敏化太阳能电池光电转化测试条件下，其光电转化效率比最外两壳层尺寸相差较大的ZnO多壳层空心球薄膜电极材料高10～25％。

11.如权利要求8或9所述的氧化锌薄膜电极材料，其特征在于，四壳层空心球薄膜电极材料的光电转化效率达5.6％。