一種基于多級結(jié)構(gòu)ZnO微球光陽極的制備方法及其制得的光陽極的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及能源材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種具有多級結(jié)構(gòu)ZnO微球基染料敏化 太陽能電池光陽極的制備方法及其制得的光陽極。
【背景技術(shù)】
[0002] 1991年，M. (Mtze丨等首次組裝出光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)7. 9%的染料敏化太陽能電池 (Dye Sensitized Solar Cell，簡稱DSSC)，該種電池由于制備工藝簡單、成本低和光電轉(zhuǎn) 化效率高而被稱為第三代太陽能電池，開創(chuàng)了太陽能電池研究和發(fā)展的全新領(lǐng)域。染料敏 化太陽能電池主要由對電極、光陽極、染料敏化劑、氧化還原電解質(zhì)等幾部分構(gòu)成，其中光 陽極是電池中的核心部件。目前，光陽極主要是納米晶的TiOj莫，由于ZnO具有和TiO 2相 似的禁帶寬度和電子親和性，并且ZnO的電子擴散系數(shù)要強于Ti02，因此ZnO作為染敏電池 的光陽極材料一直被人們寄予厚望。此外，由于ZnO晶體的生長具有各向異性以及合成ZnO 晶體的方法多種多樣，因此相對于Ti0 2來說，ZnO更易于合成出多種不同形貌的納米結(jié)構(gòu)， 比如針狀、片狀、管狀、啞鈴狀和棒狀等等。而多級結(jié)構(gòu)的ZnO微球，因其擁有大的比表面積 和較好的光散射性能，可以吸附更多的染料，同時能夠增加光的吸收率，因此基于多級結(jié)構(gòu) ZnO微球的電池其光電轉(zhuǎn)化效率較高。目前，現(xiàn)有技術(shù)多級結(jié)構(gòu)ZnO微球光陽極的制備方法 主要是：先合成多級結(jié)構(gòu)ZnO微球粉，然后再將ZnO微球粉與乙基纖維素、松油醇混合加入 無水乙醇中制成漿料，再采用各種工藝鍍膜，從而得到多級結(jié)構(gòu)ZnO微球光陽極膜。這種方 法存在著工藝復(fù)雜和ZnO微球結(jié)構(gòu)易被破壞等問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于多級結(jié)構(gòu)ZnO微球光陽極 的制備方法，以二水乙酸鋅和甲醇為原料，通過低溫化學(xué)浴沉積法在導(dǎo)電基底上原位合成 得到大面積的光陽極膜。本發(fā)明的另一目的在于提供利用上述制備方法制得的光陽極。
[0004] 本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)：
[0005] 本發(fā)明提供的一種基于多級結(jié)構(gòu)ZnO微球光陽極的制備方法，包括以下步驟：
[0006] (1)將二水乙酸鋅溶解于甲醇溶液中，并將溶液攪拌均勻，得到二水乙酸鋅甲醇溶 液；
[0007] (2)將導(dǎo)電基底放入所述二水乙酸鋅甲醇溶液中，在密封情況下進行恒溫反應(yīng)，反 應(yīng)溫度<60°C ;反應(yīng)結(jié)束后進行清洗、干燥、煅燒，即制得附著于導(dǎo)電基底上、由多級結(jié)構(gòu) ZnO微球組成的光陽極膜。
[0008] 上述方案中，本發(fā)明所述步驟（1)二水乙酸鋅在甲醇溶液中的濃度為0.09~ 0. 25M〇
[0009] 進一步地，本發(fā)明所述步驟（2)導(dǎo)電基底以導(dǎo)電面朝上的形式平放于二水乙酸鋅 甲醇溶液中。
[0010] 進一步地，本發(fā)明所述步驟（2)中反應(yīng)溫度為25~60 °C ;反應(yīng)時間為24~48h。
[0011] 進一步地，本發(fā)明所述步驟（2)中干燥溫度為60~100°C ;煅燒溫度為350~ 450。。。
[0012] 本發(fā)明的另一目的通過以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)：
[0013] 利用上述制備方法制得的光陽極，所述光陽極其膜厚為7~25 ym，由ZnO納米顆 粒組成的微球構(gòu)成；所述微球直徑為300~lOOOnm，ZnO納米顆粒的直徑為15~25nm〇
[0014] 本發(fā)明具有以下有益效果：
[0015] (1)本發(fā)明以二水乙酸鋅的甲醇溶液為反應(yīng)液，采用低溫化學(xué)浴沉積法在導(dǎo)電基 底上原位合成制備出大面積的多級結(jié)構(gòu)ZnO微球光陽極膜，用于染料敏化太陽能電池中具 有較高的光電轉(zhuǎn)換效率（采用一層本發(fā)明多級結(jié)構(gòu)ZnO微球光陽極膜，光電轉(zhuǎn)化率達(dá)到 3. 69 ~5. 21% ) 〇
[0016] (2)本發(fā)明具有制備工藝簡單、膜厚可控、微球直徑可調(diào)、合成溫度低、成本低、可 大面積制膜、且ZnO微球結(jié)構(gòu)不易被破壞等特點，反應(yīng)條件溫和，可控性和重復(fù)性強，適用 于制備大面積的光陽極，有利于推廣應(yīng)用和工業(yè)化的實現(xiàn)。
【附圖說明】
[0017] 下面將結(jié)合實施例和附圖對本發(fā)明作進一步的詳細(xì)描述：
[0018]圖1是本發(fā)明實施例一、二、三所制得光陽極膜的場發(fā)射掃描電鏡斷面照片；
[0019]圖2是本發(fā)明實施例一、二、三所制得光陽極膜的場發(fā)射掃描電鏡斷面照片（放大 倍數(shù)）。
【具體實施方式】
[0020] 本發(fā)明實施例一種基于多級結(jié)構(gòu)ZnO微球光陽極的制備方法，采用摻氟的氧化錫 導(dǎo)電玻璃（FT0)或是氧化銦錫導(dǎo)電玻璃（IT0)作為導(dǎo)電基底。
[0021] 實施例一：
[0022] 本實施例一種基于多級結(jié)構(gòu)ZnO微球的光陽極的制備方法，其步驟如下：
[0023] (1)量取400ml甲醇溶液置于稱量瓶中，稱取7. 90g二水乙酸鋅（二水乙酸鋅在甲 醇溶液中的濃度為〇. 09M)，在磁力攪拌的情況下將二水乙酸鋅加入上述稱量瓶，使之全部 溶解于甲醇溶液中，將溶液攪拌均勻，得到二水乙酸鋅甲醇溶液；
[0024] (2)將清洗干凈的FT0導(dǎo)電基底，以導(dǎo)電面朝上的形式平放入上述盛有二水乙酸 鋅甲醇溶液的稱量瓶的底部，將稱量瓶蓋上蓋子后置于已加熱到60°C的烘箱中，并在此溫 度下恒溫反應(yīng)24h ;反應(yīng)結(jié)束后，用去離子水清洗、在100°C溫度下干燥，然后在350°C溫度 下煅燒，升溫速率為8°C /min，保溫時間為30min，即制得附著于導(dǎo)電基底上、由多級結(jié)構(gòu) ZnO微球組成的光陽極膜。
[0025] 實施例二：
[0026] 本實施例一種基于多級結(jié)構(gòu)ZnO微球的光陽極的制備方法，其步驟如下：
[0027] (1)量取400ml甲醇溶液置于稱量瓶中，稱取11. 41g二水乙酸鋅（二水乙酸鋅在 甲醇溶液中的濃度為〇. 13M)，在磁力攪拌的情況下將二水乙酸鋅加入上述稱量瓶，使之全 部溶解于甲醇溶液中，將溶液攪拌均勻，得到二水乙酸鋅甲醇溶液；
[0028] (2)將清洗干凈的FT0導(dǎo)電基底，以導(dǎo)電面朝上的形式平放入上述盛有二水乙酸 鋅甲醇溶液的稱量瓶的底部，將稱量瓶蓋上蓋子后置于已加熱到60°C的烘箱中，并在此溫 度下恒溫反應(yīng)24h ;反應(yīng)結(jié)束后，用去離子水清洗、在100°C溫度下干燥，然后在350°C溫度 下煅燒，升溫速率為8°C /min，保溫時間為30min，即制得附著于導(dǎo)電基底上、由多級結(jié)構(gòu) ZnO微球組成的光陽極膜。
[0029] 實施例三：
[0030] 本實施例一種基于多級結(jié)構(gòu)ZnO微球的光陽極的制備方法，其步驟如下：
[0031]