專利名稱：染料敏化太陽電池的基于氧化鋅納米片的柔性光陽極及其制備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及納米材料，新能源和光電技術領域，尤其是染料敏化太陽電池的電極部件。
背景技術：
隨著社會的飛速發(fā)展，過度開采和使用化石能源所造成的能源危機和環(huán)境污染問題已逐漸顯現(xiàn)出來，發(fā)展可再生能源是解決上述問題的有效途徑之一。在諸多新能源中，太陽能以其豐富的儲量、清潔無污染的優(yōu)點和較小的地域限制而受到廣泛關注。對太陽能的利用主要包括光熱轉(zhuǎn)換、光電轉(zhuǎn)換和光化學能轉(zhuǎn)換3種形式。自從1991年MichaelGratzel教授領導的研究小組將納晶多孔薄膜引入染料敏化太陽能電池(DSSCs)中以來，因其低廉的成本、簡單的工藝和相對較高的光電轉(zhuǎn)換效率而引起了全世界的廣泛關注， 經(jīng)過近20年的努力，DSSC電池的效率已經(jīng)超過了 13%[2]。傳統(tǒng)硬性平板式的DSSCs抗外力能力欠佳，受空間限制大，制約了產(chǎn)品多樣性設計和大面積電池模塊的運輸、安裝及使用等。柔性DSSCs具有重量輕、撓性好、抗沖擊、成本低、可進行各種形狀或表面設計等優(yōu)點，成為近年DSSC研究的新熱點^°]。盡管相對于傳統(tǒng)電池，目前柔性DSSCs的單池效率仍然較低，但是應該看到由于柔性電池可以應用的場合更廣泛、安裝更方便，因此可以極大地豐富可利用的采光面積。因此，柔性DSSCs成為了光伏領域的一個重要的發(fā)展方向。透明導電塑料薄膜是目前廣泛采用的柔性基底，物理所的孟慶波研究員、化學所林原研究員、韓國s. S. Kim,日本T.Yoshida，S. Uchida等課題組在這方面都有比較系統(tǒng)的工作報道[3’4’h°]，但塑料薄膜基底無法經(jīng)受高溫熱處理，溫度高于20(TC時將發(fā)生變形、失透，限制了其在柔性太陽能電池中的應用[3，7，10]。另一種可采用的柔性基底是金屬箔片如Ti箔、不銹鋼箔等，目前報道的基于金屬板基的全柔性DSSCs光電轉(zhuǎn)化效率最高可以達到7. 2%m。它們的優(yōu)點是導電性好，耐高溫熱處理，缺點是透光性差，因此在設計染料敏化電池時需采用擔載Pt的透明塑料薄膜作為對電極，并采用背照射方式，這在一定程度上降低了入射光的透過率，降低了電池的光轉(zhuǎn)換效率。不銹鋼絲網(wǎng)是從不銹鋼纖維編織而成，具有價格低廉，穩(wěn)定性好，導電率高，耐高溫處理和透光性好的優(yōu)點，是一種理想的柔性染料敏化太陽能電池光陽極襯底材料，后期還可以進行二次編制，來構(gòu)建新型纖維基可編織光伏電池。染料敏化太陽能電池中納米結(jié)構(gòu)半導體和光敏染料有機結(jié)合，通過染料分子的吸附功能基團與納米半導體相互作用，在兩者表面之間建立電性耦合，實現(xiàn)電荷轉(zhuǎn)移。在諸多半導體材料中，氧化鋅(ZnO)作為一種n型半導體(3. 2eV)，具有大的激子結(jié)合能(60meV)、高的機械和熱穩(wěn)定性，在染料敏化太陽能電池上具有潛在的應用前景。但目前基于ZnO光陽極的染料敏化太陽能電池往往存在嚴重的電子-空穴復合，導致其光電轉(zhuǎn)換效率較低。參考文獻
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發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種基于氧化鋅納米片的柔性光陽極的制備方法，這種片狀結(jié)構(gòu)的氧化鋅陣列膜具有三維網(wǎng)絡多孔微結(jié)構(gòu)，可以提供較高的比表面積，能夠有效的裝載有機光敏分子，具有高效收集和運輸電荷的能力，同時能有效的降低電子-空穴復合幾率，從而提高電池的光電轉(zhuǎn)換效率。本發(fā)明的技術方案如下基于氧化鋅納米片的柔性光陽極的制備方法，其特征是(I)將I :0. 5-5摩爾比例的六水合硝酸鋅和尿素溶解于去離子水中，并進行10-60分鐘超聲波處理得反應溶液；(2)不銹鋼絲網(wǎng)用丙酮、無水乙醇及去離子水分別清洗1-3次，烘干；(3)上述處理好的不銹鋼絲網(wǎng)放入第一步配制好的反應溶液中，密封后在60-120°C—定溫度下保溫12-48小時，清洗干燥。進一步的，尤其是將I :0. 5-5摩爾比例的六水合硝酸鋅和尿素溶解于去離子水中，密封在60-120°C —定溫度下保溫12-48小時。進一步的，不銹鋼絲網(wǎng)用丙酮，乙醇，去離子水洗凈，置入高壓釜中，反應溶液組成為水40-100ml，六水合硝酸鋅I. Omol/L，尿素2. OmoI/L ;加熱至80-100。。，反應12-15小時，自然冷卻至室溫，取出導電基底，即得氧化鋅納米片。本發(fā)明有益效果是，本發(fā)明方法制備得到的氧化鋅納米片陣列膜具有較大的比表面積，較高的電子傳輸能力，電子-空穴復合得到有效的抑制，光電轉(zhuǎn)換效率較高。本發(fā)明合成方法反應溫度低、效率高、制得方法簡單、成本低、適合工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)。


圖I為本發(fā)明實施例3制備所得氧化鋅納米片陣列掃描電子顯微鏡(SEM)圖。圖2為本發(fā)明實施例3制備所得氧化鋅納米片陣列作為染料敏化太陽電池光陽極的I-V曲線。
具體實施例方式實施例I :不銹鋼絲網(wǎng)用丙酮，乙醇，去離子水洗凈，置入高壓釜中，反應溶液組成為:水(40ml);硝酸鋅(0. 5mol/L);尿素(0. 5mol/L)，加熱至90°C，保持反應時間12小時，自然冷卻至室溫，取出導電基底，即得氧化鋅納米片陣列膜。實施例2 :不銹鋼絲網(wǎng)用丙酮，乙醇，去離子水洗凈，置入高壓釜中，反應溶液組成為:水(40ml);硝酸鋅(lmol/L);尿素(2mol/L)。加熱至100°C，保持反應12小時，自然冷卻至室溫，取出導電基底，即得氧化鋅納米片陣列膜。實施例3 :不銹鋼絲網(wǎng)用丙酮，乙醇，去離子水洗凈，置入高壓釜中，反應溶液組成為:水(50ml);硝酸鋅(I. Omol/L);尿素(2. 0mol/L)。加熱至90°C，反應12或15小時，自然冷卻至室溫，取出導電基底，即得氧化鋅納米片陣列膜。實施例4 :不銹鋼絲網(wǎng)用丙酮，乙醇，去離子水洗凈，置入高壓釜中，反應溶液組成為:水(40ml);硝酸鋅(0. 5mol/L);尿素(I. 5mol/L)。加熱至90°C，反應24小時，自然冷卻至室溫，取出導電基底，即得氧化鋅納米片陣列膜。實施例5 :不銹鋼絲網(wǎng)用丙酮，乙醇，去離子水洗凈，置入高壓釜中，反應溶液組成為:水(60ml);硝酸鋅(0. 5mol/L);尿素(5mol/L)。加熱至100。。，反應18小時，自然冷卻至室溫，取出導電基底，即得氧化鋅納米片陣列膜。實施例6 :不銹鋼絲網(wǎng)用丙酮，乙醇，去離子水洗凈，置入高壓釜中，反應溶液組成為水(100ml);硝酸鋅(2mol/L);尿素(lmol/L)。加熱至90°C，反應24小時，自然冷卻至室溫，取出導電基底，即得氧化鋅納米片陣列膜。
權(quán)利要求
1.基于氧化鋅納米片的柔性光陽極的制備方法，其特征是(1)將1:0. 5-5摩爾比例的六水合硝酸鋅和尿素溶解于去離子水中，并進行10-60分鐘超聲波處理得反應溶液； (2)不銹鋼絲網(wǎng)用丙酮、無水乙醇及去離子水分別清洗1-3次，烘干； (3)上述處理好的不銹鋼絲網(wǎng)放入第一步配制好的反應溶液中，密封后在60-120°C—定溫度下保溫12-48小時，清洗干燥。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于氧化鋅納米片的柔性光陽極的制備方法，其特征是將1:.0.5-5摩爾比例的六水合硝酸鋅和尿素溶解于去離子水中，密封在60-120°C—定溫度下保溫12-48小時。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的基于氧化鋅納米片的柔性光陽極的制備方法，其特征是不銹鋼絲網(wǎng)用丙酮，乙醇，去離子水洗凈，置入高壓釜中，反應溶液組成為水40-60ml，六水合硝酸鋅1. Omol/L，尿素2. OmoI/L ;加熱至80-100°C，反應12-15小時，自然冷卻至室溫，取出導電基底，即得氧化鋅納米片。
全文摘要
基于氧化鋅納米片的柔性光陽極的制備方法，(1)將10.5-5摩爾比例的六水合硝酸鋅和尿素溶解于去離子水中，并進行10-60分鐘超聲波處理得反應溶液；(2)不銹鋼絲網(wǎng)用丙酮、無水乙醇及去離子水分別清洗1-3次，烘干；(3)上述處理好的不銹鋼絲網(wǎng)放入第一步配制好的反應溶液中，密封后在60-120℃一定溫度下保溫12-48小時，清洗干燥。即得可用與染料敏化太陽電池的柔性光陽極，可用于染料敏化太陽電池。本發(fā)明合成方法反應溫度低、效率高、制得方法簡單、成本低、適合工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)。
文檔編號H01G9/042GK102983009SQ20121043871
公開日2013年3月20日 申請日期2012年11月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月6日
發(fā)明者周勇, 代輝, 鄒志剛 申請人:南京大學昆山創(chuàng)新研究院