[发明专利]一种三维分级结构ZnO薄膜及其在敏化太阳能电池中的应用

说明书

本发明涉及一种三维分级结构ZnO薄膜的制备方法：1）以ZnO纳米颗粒薄膜、ZnO纳米片薄膜或ZnO纳米棒薄膜作为基底，将其放置在处理液中使表面生成一层TiO₂或SnO₂，取出，在空气气氛下于400―600℃烧结10―180 min；2）旋涂ZnO种子液，然后在空气气氛下于300―600℃烧结10―180 min，制备种子层；3）放入等摩尔浓度的Zn(NO₃)₂·6H₂O和C₆H₁₂N₄混合溶液中，于90―130℃水热处理1―10小时以生长ZnO纳米棒；4）水热处理结束后，取出，在空气气氛下于300―600℃烧结10―180 min即得。本发明制备工艺简单、成本低廉、且ZnO形貌易于控制，该ZnO薄膜可以同时提高比表面积和可见光的散射作用，提高自然光的有效利用率，将其用于制备敏化太阳能电池性能好，能获得6.0%的光电转换效率。

技术领域

本发明属于功能材料及太阳能电池技术领域，具体涉及一种三维分级结构ZnO薄膜、制备方法及其在敏化太阳能电池中的应用。

背景技术

太阳能电池技术的发展日新月异，敏化太阳能电池采用光敏材料敏化宽带隙的半导体材料作为光阳极，如：TiO₂、SnO₂和ZnO等，其中ZnO是一种无毒、无污染的廉价功能材料，而且其形貌可以通过实验条件的控制得到调控。人们先后制备出了ZnO纳米棒、ZnO纳米片、ZnO纳米球、ZnO纳米线等不同形貌的ZnO材料，其在敏化太阳能电池中的应用得到了广泛的关注。但单一形貌的ZnO纳米晶材料作为敏化太阳能电池光阳极材料时性能较差，这主要是因为ZnO材料易结晶，所制备纳米晶薄膜的比表面积一般较小，而且对光线的透过性较好，光线的有效利用率较低。因此，亟待研发可以同时提高比表面积和可见光的散射作用，提高自然光有效利用率的ZnO薄膜。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术缺陷，提供一种三维分级结构ZnO薄膜，该ZnO薄膜可以同时提高比表面积和可见光的散射作用，提高自然光的有效利用率。

本发明还提供了上述三维分级结构ZnO薄膜的制备方法，该方法工艺简单、成本低廉、且ZnO形貌易于控制。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种三维分级结构ZnO薄膜的制备方法，其包括如下步骤：

1）以ZnO纳米颗粒薄膜、ZnO纳米片薄膜或ZnO纳米棒薄膜作为基底，将其放置在处理液中使表面生成一层TiO₂或SnO₂（一般在室温下放置1―10min即可），然后取出，在空气气氛下于400-600℃烧结10―180 min；

2）在步骤1）所得产物表面旋涂种子液，然后在空气气氛下于300-600℃烧结10―180 min制备种子层；

3）将步骤2）所得产物放入等摩尔浓度的Zn(NO₃)₂·6H₂O 和 C₆H₁₂N₄混合溶液中，于90―130℃水热处理1―10小时以生长ZnO纳米棒；

4）水热处理结束后，取出，在空气气氛下于300-600℃烧结10―180 min即得三维分级结构ZnO薄膜。