[发明专利]一种多孔微/纳分级结构ZnO球制备方法和用途

说明书

技术领域

本发明涉及一种多孔微/纳分级结构的ZnO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，该电池目前还面临着光电转换效率较低的问题，其主要原因为：（1）无孔的纳米晶不利于电解质在薄膜中传输。（2）薄膜的散射能力较弱，导致光子和染料的结合效率较差。因此，在染料敏化太阳电池的制备中需要：（1）合成多孔的结构，有利于电解质在膜中的传输；（2）合成特殊的微结构，增强光的散射能力。

综上所述，开发具有多孔结构的微/纳分级结构ZnO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多孔微/纳分级结构ZnO球方法，本发明的目的还在于提供一种多孔微/纳分级结构ZnO球的用途，所制得的产品以其独特的形貌有利于电解质在薄膜中的传输，光的散射，提高了DSSC的光电转化率。

本发明提出一种制备多孔微/纳分级结构ZnO球方法，以水为溶剂在120℃的较低温度下进行反应，主要原理如下：

5Zn^2 + +2CO(NH₂)₂ + 6OH^-+ 4H₂O = Zn₅(OH)₆(CO₃)₂+ 4NH₄ ⁺

Zn₅(OH)₆(CO₃)₂= ZnO + 4H₂O + CO₂↑

本发明的技术方案是：制备多孔微/纳分级结构ZnO球方法，首先将六水硝酸锌、尿素加入水中，分散均匀；放入高压釜在100~180℃下反应，其中，六水硝酸锌：尿素的摩尔比为1:3~1:6，反应时间为1~6小时；然后放置到室温，依次洗涤，干燥，过滤以得到沉淀；

所得沉淀经煅烧（在马弗炉中煅烧）。在300~500℃下煅烧30~60分钟，得到多孔微/纳分级结构的ZnO球；作为优选方案，所述六水硝酸锌：尿素的摩尔比为1:3， 所述反应时间为2-4h，煅烧温度为500℃，煅烧时间为30分钟。

尤其是放入高压釜在115~125℃下反应3h。

多孔微/纳分级结构的ZnO球的应用，其特征是将制备的多孔微/纳分级结构ZnO球做为DSSC光电极：室温条件下，将无水乙醇和0.1g多孔微/纳分级结构ZnO球在研钵中研磨至浆状，将浆状的ZnO转移到一个50ml的烧杯中，搅拌10分钟，超声10分钟；加入2克无水松油醇和4g的乙基纤维素后，搅拌、超声各10分钟；38℃条件下旋蒸至成胶状物；清洗氟掺杂的氧化锡FTO导电玻璃，用刮涂法将所制胶状物涂于FTO制成厚度为100μm的薄膜；在125℃空气中干燥2小时，在450℃下退火15分钟，500℃下烧结15分钟，薄膜浸入N719乙醇电解液溶液浸泡2-5小时后，制成DSSC光电极。