[发明专利]太阳能电池用ZnO/Ag2S纳米棒阵列电极的制备方法

说明书

本发明公开了一种太阳能电池用ZnO/Ag₂S纳米棒阵列电极制备方法。首先通过溶胶凝胶法制备ZnO种子层溶胶；采用浸渍提拉法在ITO导电玻璃基底上涂覆ZnO种子层，经过热处理后，将长有ZnO种子层的导电玻璃放置在ZnO生长溶液中经过水热处理，得到ZnO纳米棒阵列，然后将带有ZnO纳米结构的导电玻璃放入包含AgCl的盐溶液中反应获得ZnO/Ag₂S核/壳纳米棒阵列电极。本发明提供的制备工艺简单易控、设备要求低，制备的ZnO/Ag₂S纳米棒阵列电极相比单纯的ZnO光电极可见光吸收增强，光电转化性能良好。

技术领域

本发明属于纳米材料制备技术领域，具体为一种太阳能电池用ZnO/Ag₂S纳米棒阵列电极的制备方法。

背景技术

能源短缺和环境污染问题是当前人类面临的主要挑战。为了维持人类长期发展以及减缓环境的进一步恶化，寻找洁净的、可再生的新能源成为关系人类生存和可持续发展的重点。其中太阳能作为一种取之不尽用之不竭的清洁能源，只需稍加利用便可满足我们对能源的所有需求。太阳能发电的优点有：避免长距离高压电线输电，减少能源浪费；设备安装完成后维护费用非常低，经济效益显著；作为一种清洁能源在使用的过程中对环境无任何不利影响；安全性远优于其他发电方式。

电池的光阳极主要是基于宽禁带氧化物半导体纳米结构所形成的薄膜，氧化物包括：氧化锌(ZnO)，氧化钛(TiO₂)等。比较常见的光阳极是通过在ITO或FTO导电玻璃基底上制备一层高比表面积的ZnO或TiO₂的半导体薄膜。在电池中，光阳极不仅承担无机量子点敏化剂载体的作用，在太阳能电池中也发挥收集与传输电子的作用，同时，恰当结构的纳米氧化物阵列也有能够有效促进电荷的传输与注入。所以对光阳极往往有以下要求：(a)比表面积很大，可以更充分得吸收光和负载足够量的敏化剂；(b)恰当的纳米结构能够保证电子的有效传输与注入；(c)与敏化剂之间的结合方式能够促进电子快速传递到导电玻璃上。ZnO具有很高的电子传输速率(一维状态下具有极高的电子传输速率)，易于制备成各种纳米结构(包括纳米管，纳米线和纳米树等)，被广泛研究作为纳米晶太阳能电池的光阳极材料。而ZnO作为光阳极也存在一些不足，因为其的两性氧化物的特性而导致在酸或碱的条件都无法稳定存在，由于禁带宽度较宽而导致其吸光范围局限于紫外光区域，这两个缺陷都可以通过选择恰当的无机量子点敏化剂作为壳层来改善，用不同禁带宽度的敏化剂对光阳极进行修饰而可以将光阳极的光响应范围选择性地拓宽，化学稳定性较高的敏化剂作为ZnO的壳层亦可以保护ZnO内核而避免其被腐蚀。

Ag₂S作为新型窄禁带的半导体材料，具有和ZnO合适的能级结构。因此我们提出一种ZnO/Ag₂S纳米阵列光电极的制备方法，旨在改善ZnO的光电转换性能。

发明内容

本发明的目的在于提出一种太阳能电池用ZnO/Ag₂S纳米棒阵列电极的制备方法，能够改善ZnO的光电性能。

本发明提供的太阳能电池用ZnO/Ag₂S纳米棒阵列电极的制备方法如下，其特征在于，首先在ITO玻璃基底制备一层ZnO种子层，ZnO种子层在生长溶液中生长为一层高度有序的ZnO纳米棒阵列，然后将带有ZnO纳米棒阵列的导电玻璃分别放入包含AgCl的盐溶液中反应获得ZnO/Ag₂S核/壳纳米结构。

本发明进一步给出在上述方法基础上的具体工艺参数：

1、制备ZnO种子层溶胶的工艺参数：将适量的乙酸锌粉末放入乙二醇甲醚中，在50-60℃的条件下匀速搅拌，在搅拌的前半个小时内滴入一定量的单乙醇胺，持续搅拌约两小时后，搅拌至透明获得所需的溶胶。