[发明专利]一种介孔微/纳分级结构的Zn掺杂SnO2球制备方法和用途

说明书

技术领域

本发明涉及一种介孔微/纳分级结构的Zn掺杂SnO₂球的制备方法以及做为染料敏化电池（DSSC）光电极的应用，属于新材料技术领域。

背景技术

随着能源危机与环境污染问题越来越严重，社会各界对能源消耗的可持续性发展日益重视，尤其引起了各国政府对清洁的、可再生能源的关注和青睐，新型能源成为国际学术界和各国研究、开发的重点。太阳能作为一种可再生能源，具有其它能源不可比拟的优点，取之不尽、用之不竭、安全、无污染、不受地理条件的限制等，使其成为新能源发展的主要方向之一

近年来，人们发展了一种新颖的太阳能电池——染料敏化太阳能电池（DSSC）。它的制备工艺简单、原材料来源丰富、成本低廉，具有更高的市场前景及推广普及价值，被誉为第三代太阳能电池。因此，染料敏化太阳能电池也被认为是有可能成为未来太阳能电池的主导。染料敏化太阳能电池属于光电化学电池，其结构主要可以分为3部分：负极（工作电极）、电解质和对电极。在导电基底上制备一层纳米晶氧化物半导体膜，然后再将染料分子吸附在半导体膜中，这样就构成负极（cathode），即工作电极。正极（anode）一般是沉积铂的导电玻璃。电解质介于正极和负极之间，且包含氧化还原电对，最常用的氧化还原电对是I^3-/I^-。将工作电极和对电极组装成电池注入电解质后，从电极引出导线接到负载上产生电压和电流。

但是，目前负极材料大部分研究主要集中在如TiO₂、ZnO。而SnO₂较TiO₂具有较高的电子迁徙率，更正的导带位置。但是SnO₂的开路电压只有0.4V左右，限制了它在DSSC中的应用。很多方法用来提高它的开路电压，目前效率最高的是ZnO掺杂SnO₂，但其缺点是ZnO不耐酸，也限制了其在DSSC中的应用。有文献报道Zn掺杂SnO₂材料有ZnO掺杂SnO₂的优点，也避免了其不耐酸的缺点，有效的提高了DSSC电池的光电转化率。对于DSSC电池，大的比表面积能更多的吸附染料，有利于提高其转化效率。纳米级材料一般有较大的比表面积。但是我们常用的染料，诸如N719，N3在红外区的吸附效率较低，而大的粒径能提高其在该区的吸光效果。微纳分级结构材料能平衡这两个方面，纳米级的能提高材料的比表面积，微米级的能提高光的吸收。

综上所述，开发具有较大比表面积的介孔结构的微/纳分级结构Zn掺杂SnO₂球对提高染料敏化太阳电池的光电转化效率具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种制备介孔结构微/纳分级结构Zn掺杂SnO₂球方法，该方法以水和乙二胺为溶剂在200℃的温度下进行反应，该发明仅使用传统化工的加热和过滤，易于大规模工业化生产。本发明的目的还在于提供一种介孔结构微/纳分级结构Zn掺杂SnO₂球的用途，所制得的产品具有较大的比表面积，以其独特的形貌有利于电子的传输，光的散射。掺杂锌后提高的电池的开路电压，延长了电子的寿命，从而提高了DSSC的光电转换效率。本发明通过以下方式实现。

本发明的技术方案是：介孔微/纳分级结构的Zn掺杂SnO₂球制备方法，步骤大致如下：将五水四氯化锡、葡萄糖酸锌，氢氧化钠和尿素加入水和乙二胺的混合液中搅拌，放入高压釜在一定温度下加热一定时间后，放置到室温，过滤以得到沉淀。所得沉淀在马弗炉中煅烧。

本发明的技术方案是：介孔微/纳分级结构的Zn掺杂SnO₂球的制备方法，步骤如下：五水四氯化锡、葡萄糖酸锌，氢氧化钠和尿素加入水和乙二胺的混合液中；然后在170~200℃下反应，最后依次洗涤，干燥，在300~500℃下煅烧30~60分钟，得到介孔微/纳分级结构的Zn掺杂SnO₂球；其中，五水四氯化锡、葡萄糖酸锌，氢氧化钠和尿素的摩尔比为1:2:12:2~1:2:12:6，水和乙二胺的体积比为2:1~1:2，反应时间为4~24小时。

作为优选方案，所述五水四氯化锡、葡萄糖酸锌，氢氧化钠和尿素的摩尔比为1:2:12:6，水和乙二胺的体积比为1:1所述反应时间为24h，煅烧温度为500℃，煅烧时间为30分钟。