[发明专利]一种ZnO纳米棒阵列/纳米颗粒团聚微球复合膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种染料敏化太阳能电池光阳极材料的制备方法，具体是一种ZnO纳米复合膜的制备方法，属于复合膜技术领域。

背景技术

染料敏化太阳能电池由于效率高、成本低和制作工艺简单，被认为是硅太阳能电池最有力的替代者。光阳极作为染料敏化太阳能电池的重要部分，其结构和性质更是直接影响了染料敏化太阳能电池的光电转换效率。

ZnO作为一种重要的半导体材料，因其具有优越的光电子性能和形貌结构易于控制等特点，现已成为染料敏化太阳能电池光阳极的重要组成材料之一，许多研究者也都在研究进一步提高ZnO基染料敏化太阳能电池的光电转化效率。目前，提高ZnO基染料敏化太阳能电池的光电转化效率的主要方法是提高光生电子的传输效率，但是，除光生电子的传输效率外，比表面积也对其光电转换效率有着直接的影响，如果比表面积不足，将会直接导致其不能够吸附足够的染料以产生更多的光电子；所以，需要进一步通过增强光阳极半导体材料的比表面积来增加染料吸附以及采用亚微米/微米级颗粒构建光散射层。

在ZnO基染料敏化太阳能电池中，一维ZnO纳米棒阵列太阳能电池和ZnO纳米颗粒团聚微球太阳能电池是常用的两种太阳能电池。其中，一维ZnO纳米棒阵列太阳能电池具有较高的光生电子传输效率，能够加快光生电子－空穴的分离速度，大大减少其复合几率，从而提高光电转换效率，但是由于一维ZnO纳米棒阵列的比表面积的问题，使得其光电转换效率受到了限制；而ZnO纳米颗粒团聚微球太阳能电池则突出地表现为具有较高的比表面积，并且能够有效的产生光散射作用，大大提高光子的收集效率，但由于其电子传输效率较低，所以也使得ZnO纳米颗粒团聚微球太阳能电池的光电转化效率受到了限制。因此需要开发同时具有一维ZnO纳米棒阵列和ZnO纳米颗粒团聚微球优点的光阳极材料。

现有技术中，中国专利文献CN102324309A公开了一种染料敏化太阳能电池光阳极用氧化锌复合纳米结构及制法，首先以硝酸锌和氯化钾水溶液为电解液，采用标准三电极体系直接在导电玻璃上电沉积生长ZnO纳米片阵列；然后配制硝酸锌的一缩乙二醇溶液进行溶剂热反应，合成ZnO介孔微球；最后采用旋涂工艺将乙醇分散的ZnO介孔微球转移到ZnO纳米片表面，并进行300-600℃煅烧制得。该光阳极虽然具有电子直线传输通道、高比表面积、高光散射效应的结构特征，但是由于在上述技术中，对于ZnO纳米片阵列/ZnO介孔微球的制备，是需要分别对ZnO纳米片阵列和ZnO介孔微球进行制备，之后再通过旋涂工艺将介孔微球转移到ZnO纳米片表面，因此在ZnO纳米片阵列和介孔微球相结合的界面上会产生过多的电子复合损耗，从而导致其光电转换效率依然很低，仅有0.49%。因此需要进一步改进光阳极的制备方法，进一步提高光电转换效率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有技术中制备染料敏化太阳能电池光阳极用氧化锌复合纳米结构时通过旋涂工艺将介孔微球转移到ZnO纳米片表面，在二者的界面处会产生过多的电子复合损耗，从而导致其光电转换效率依然很低的技术问题，从而提供一种光电转换效率高的ZnO纳米棒阵列/纳米颗粒团聚微球复合膜及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种ZnO纳米棒阵列/纳米颗粒团聚微球复合膜的制备方法，包括以下步骤：

a）将锌盐、氨水和去离子水配制成锌氨络离子前驱体溶液，把配制好的前驱体溶液旋涂到清洗好的导电玻璃上后，退火，在导电玻璃上得到ZnO纳米晶种；然后把长有ZnO纳米晶种的导电玻璃浸入到配制好的前驱体溶液中，在温度为75-95℃的恒温水浴中加热0.5h以上，将导电玻璃取出，清洗后退火，在导电玻璃上得到ZnO纳米棒阵列；

b）将步骤a）制备的生长有ZnO纳米棒阵列的导电玻璃放入锌盐、醇胺和去离子水配制成的混合溶液中，在温度为75-95℃的恒温水浴中加热0.5h以上，将导电玻璃取出，清洗，得到ZnO纳米棒阵列/纳米颗粒复合膜。

其中，所述锌盐为醋酸锌，所述醇胺为三乙醇胺。

在所述步骤a）中，所述前驱体溶液的浓度为0.02-0.08mol/L，pH值为10-12。

在所述步骤a）中，所述退火是在空气气氛下200-500℃退火0.5h以上。

在所述步骤a）中，前驱体溶液的浓度为0.05mo l/L，pH值为11，在温度为85℃的恒温水浴中加热2h，将导电玻璃取出，超声清洗至少1min后在空气气氛下350℃退火1h。