[发明专利]一种染料敏化太阳能电池ZnO光阳极及其制备方法

说明书

本发明提供了一种染料敏化太阳能电池ZnO光阳极，通过室温固相反应、超声合成法、溶液生长法分别合成粒径相对较小的ZnO纳米颗粒(NP)、ZnO纳米片基多级结构(NSHS)、ZnO纳米棒(NR)，根据颗粒较小的ZnO纳米颗粒具有相对较大的比表面积的优点，将其直接刮涂于导电玻璃上，用于吸附尽可能多的染料，根据纳米片基多级球具有良好的光散射特点，将其用于光阳极的光散射层，从而对直接透过首层纳米颗粒膜的光子进行充分散射，进而增大入射光被光阳极捕获的概率，最终实现对太阳光的充分利用。根据ZnO纳米棒高度一维结晶性，表面电子复合少，与上述双层膜复合，有利于将远端激发电子顺利传输到导电玻璃表面。

技术领域

本发明属于新能源材料与器件领域，具体涉及一种染料敏化太阳能电池ZnO光阳极及其制备方法。

背景技术

当今社会，随着化石能源的不断消耗，环境污染越来越严重，引发了一系列生态环境问题，因此开发新型的清洁安全能源迫在眉睫。太阳能作为一种可再生资源，具有其他常规能源不能与之相比拟的优点，常被认为是最具有开发价值新型清洁能源。染料敏化太阳能电池(DSSC)可通过光电效应直接把光能转化成电能。DSSC主要由半导体膜光阳极，染料光敏剂，含有氧化还原电对的电解液，对电极构成。DSSC与传统的太阳电池相比有诸多优点，如电池寿命长，可达15-20年，制备工艺简单，成本较低，容易大规模推广，材料来源丰富，无毒无害对环境友好。在DSSC中，光阳极具有收集激发电子的作用，染料受光激发，通过光阳极中的半导体多孔膜传输至导电衬底。半导体多孔膜一方面为染料提供附着点，一方面连接导电衬底，对于电流的产生起着至关重要的作用，从而最终影响到电池的光电转化效率。目前研究比较多且成熟的光阳极材料是TiO2。然而，由于TiO2激发电子传输能力较差，容易造成激发电子的复合，从而造成能量的浪费等缺点，因此在目前的研究中，多对其进行传输能力方面的改性，从而导致制备工艺变得复杂，成本也可能进一步增加，一定程度上限制了TiO2基DSSC大规模应用。因而，开发新的纳米晶体材料取代TiO2成为必然的选择，如ZnO纳米材料。相较于TiO2，ZnO纳米材料具有原材料丰富，形貌丰富，容易制备等优点。

发明内容

为解决上述背景技术中提出的问题。本发明提供了一种染料敏化太阳能电池ZnO光阳极及其制备方法。

一种染料敏化太阳能电池ZnO光阳极，光阳极由ZnO纳米颗粒、ZnO纳米片基多级结构和ZnO纳米棒组成，ZnO纳米颗粒直接刮涂于导电玻璃上，原位生长ZnO纳米棒，然后刮涂方法依次将浆ZnO纳米颗粒和ZnO纳米片基多级结构刮涂于导电玻璃，得到纳米颗粒/纳米片基多级结构/纳米棒复合的光阳极膜。

作为进一步优选，ZnO纳米颗粒通过室温固相法合成，六水硝酸锌与氢氧化钠研钵研磨，直到反应充分，然后去离子水离心洗涤至中性，然后加入一定量的去离子水，分散均匀后作为浆料1。

作为进一步优选，ZnO纳米片基多级结构通过超声化学法合成，硝酸锌水溶液与氢氧化钠水溶液在搅拌和超声下合成，待完全反应，去离子水离心洗涤至中性，然后加入一定量乙醇和水等量混合的溶液，分散后作为浆料2。

作为进一步优选，ZnO纳米棒采用原位生长的方法，用刮涂法依次将浆料1刮涂于导电玻璃上，成膜后热处理后，置于Zn(NO₃)₂/HMT配成的生长液中，之后90℃烘箱内生长，拿出后置于烘箱内烘干，N719乙醇溶液中敏化。

本申请还提供了一种染料敏化太阳能电池ZnO光阳极的制备方法，用刮涂法依次将权利要求2的浆料1刮涂于导电玻璃上，成膜后热处理后，置于Zn(NO₃)₂/HMT配成的生长液中，之后90℃烘箱内生长，拿出后置于烘箱内烘干，N719乙醇溶液中敏化，然后刮涂方法依次将浆料1和浆料2刮涂于导电玻璃，热处理，置于Zn(NO₃)₂/HMT配成的生长液中生长，最终得到纳米颗粒/纳米片基多级结构/纳米棒复合的光阳极膜。