專利名稱：染料敏化太陽能電池的ZnO柱狀薄膜陽極及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于太陽能電池領(lǐng)域，特別是涉及一種染料敏化太陽能電池的微納米柱狀 ZnO光陽極及其制備方法。
背景技術(shù)：
氧化鋅是一種II-VI族寬禁帶的半導(dǎo)體材料，禁帶寬度為3. 37eV,室溫下具有較高的激子束縛能(60meV)和較低的電子誘生缺陷。因此，氧化鋅在納米尺度的電子和光電設(shè)備中有著潛在的應(yīng)用。特別是氧化鋅有望取代T^2成為染料敏化太陽能電池的光陽極材料，簡單有效的制備不同形貌、高質(zhì)量的氧化鋅單晶對(duì)于科學(xué)研究和科技進(jìn)步是非常重要的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種染料敏化太陽能電池的微納米柱ZnO光陽極及其制備方法。采用一種工藝簡單、易于控制，且生產(chǎn)成本低的電化學(xué)法，直接在導(dǎo)電玻璃上制備致密的單晶氧化鋅微納米柱薄膜，該方法不需事先涂敷籽晶層，不需要加入表面活性劑等，該種簡單制備致密的單晶氧化鋅微納米柱薄膜的方法還未見報(bào)道。其具體工藝步驟為(1)分別用去離子水、丙酮、無水乙醇清洗導(dǎo)電玻璃表面；(2)取摩爾比1 1的硝酸鋅與六亞甲基四胺溶于去離子水中，機(jī)械攪拌 10-20min，得到反應(yīng)溶液，其中硝酸鋅濃度為0. 01M-0. IM ；(3)采用電化學(xué)法中恒電流模式，將步驟(1)中所得導(dǎo)電玻璃作為基底以及反應(yīng)陰極，金屬箔片作為陽極，與步驟O)中的反應(yīng)溶液作為電解液，在反應(yīng)溫度為60°C-95°C 條件下，電流密度為5mA/cm2-40mA/cm2，反應(yīng)lmin_20min ；(4)將導(dǎo)電玻璃取出，用去離子水、無水乙醇反復(fù)洗滌，則在導(dǎo)電玻璃上制備出致密的單晶ZnO微納米柱薄膜。(5)將制備有ZnO單晶微納米柱薄膜的導(dǎo)電玻璃在300°C 500°C條件下熱處理 Ih,即得到適合做染料敏化太陽能電池光陽極的ZnO微納米柱薄膜。


圖1是致密的單晶SiO微納米柱薄膜的χ射線衍射譜。圖2是致密的單晶SiO微納米柱薄膜的低倍掃描電鏡(頂視)照片。圖3是致密的單晶SiO微納米柱薄膜的高倍掃描電鏡(頂視)照片。圖4是致密的單晶SiO微納米柱薄膜的高倍掃描電鏡(側(cè)視)照片。圖5是致密的單晶ZnO微納米柱薄膜的透射照片。圖6是圖5對(duì)應(yīng)方框中的高分辨照片，插入的圖片是對(duì)應(yīng)的選區(qū)電子衍射照片。圖7是用ZnO樣品組裝的染料敏化太能電池的伏安特性曲線(0. IM等摩爾濃度的反應(yīng)溶液，電流為lOmA/cm2，反應(yīng)時(shí)間5min)。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的實(shí)施例僅用于進(jìn)一步闡述本發(fā)明，而不限制本發(fā)明的范圍。對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的內(nèi)容所進(jìn)行的替代、改動(dòng)或變更，這些等價(jià)形式同樣落入本申請(qǐng)所限定的范圍內(nèi)。實(shí)施例1(1)分別用去離子水、丙酮和無水乙醇清洗導(dǎo)電玻璃基底表面；(2)取摩爾比1 1的硝酸鋅與六亞甲基四胺溶于去離子水中，機(jī)械攪拌lOmin， 得到反應(yīng)溶液，其中硝酸鋅濃度為0. OlM ；(3)采用電化學(xué)法的恒電流模式，將步驟⑴中所得導(dǎo)電玻璃作為基底及電化學(xué)反應(yīng)的陰極，Pt電極為陽極，采用步驟( 中的反應(yīng)溶液為電解液，在反應(yīng)溫度為70°c條件下，反應(yīng)電流密度為10mA/cm2，反應(yīng)5min ；(4)將導(dǎo)電玻璃基底取出，用去離子水、無水乙醇反復(fù)洗滌，則在導(dǎo)電基底便上制備出敏密的單晶ZnO微納米柱薄膜。(5)然后在400°C條件下熱處理Ih.(6)用0. 3mM N719敏化上述電極，并滴加氧化還原電解質(zhì)于該電極上，加蓋對(duì)電極組裝成染料敏化太陽能電池。在標(biāo)準(zhǔn)太陽能測(cè)試裝置中(AMI』)電池受光照面積 0. 25cm2,測(cè)得開路電壓0. 5V，短路電流密度0. 98mA/cm2,填充因子0. 49，光電轉(zhuǎn)換效率為 0. 24%。
權(quán)利要求
1.一種用于染料敏化太陽能電池的ZnO微納米柱薄膜光陽極，其特征在于由導(dǎo)電玻璃和ZnO單晶微納米柱薄膜組成。
2.按權(quán)力要求1所述的一種用于染料敏化太陽能電池的ZnO微納米柱薄膜光陽極，其特征在于所述ZnO層厚度為IOnm 10 μ m。
3.按權(quán)力要求1所述的染料敏化太陽能電池的光陽極ZnO的制備方法其特征在于所述的方法是由下列步驟所組成(1)將導(dǎo)電玻璃用去離子水、丙酮、無水乙醇清洗表面；(2)取摩爾比1 1的硝酸鋅與六亞甲基四胺溶于去離子水中，機(jī)械攪拌 10min-20min，得到反應(yīng)溶液，其中硝酸鋅的濃度為0. 01M-0. IM ；(3)采用電化學(xué)法，將步驟(1)中所得導(dǎo)電玻璃片作為基底以及陰極，金屬箔片作為陽極，步驟⑵中溶液作為電解液，采用恒電流模式，電流密度為5mA/Cm2-40mA/Cm2。在反應(yīng)溫度為60°C -95°C條件下，反應(yīng)時(shí)間為lmin-20min ；(4)將導(dǎo)電玻璃片取出，用去離子水反復(fù)洗滌，在導(dǎo)電玻璃上制備出致密的單晶氧化鋅微納米柱薄膜。(5)將制備有ZnO單晶微納米柱薄膜的導(dǎo)電玻璃采用300°C 500°C條件下熱處理lh。
4.按權(quán)力要求1所述的一種用于染料敏化太陽能電池的光陽極SiO的制備方法，其特征在于所述步驟(1)中導(dǎo)電玻璃為IT0、FT0玻璃。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種染料敏化太陽能電池ZnO微納米柱電極及其在導(dǎo)電玻璃上制備的方法，電極由導(dǎo)電玻璃基板和基板上沉積的一層致密的ZnO微納米柱薄膜構(gòu)成。該方法不需事先涂敷籽晶層，不需要加表面活性劑，工藝簡單、易于控制，且生產(chǎn)成本低，適合工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)。
文檔編號(hào)H01G9/20GK102486968SQ20101056771
公開日2012年6月6日 申請(qǐng)日期2010年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月1日
發(fā)明者呂學(xué)明, 楊剛強(qiáng), 程進(jìn), 鄒小平 申請(qǐng)人:北京信息科技大學(xué)