CN102005304A - 一种SiO2-ZnO纳米棒阵列复合电极的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于纳米材料技术领域，涉及一种SiO2-ZnO纳米棒阵列复合电极的制备方法。其特征在于：利用水热法制备的ZnO纳米棒阵列作为复合电极基础层；选取旋转涂覆氧化硅溶胶法作为制备SiO2-ZnO纳米棒阵列复合涂层的方法；通过对溶胶的浓度、涂覆层数、烧结次数的调整可合理控制SiO2薄膜涂层的厚度，从而实现对复合电极性能的调控。本发明通过涂覆氧化硅保护层来提高氧化锌纳米棒阵列电极在酸性染料中的耐腐蚀方法，制备出一种适用于基于酸性染料的染料敏化太阳能电池的SiO2-ZnO纳米棒阵列复合阳极。具有性能稳定、耐酸性强、制备方法简单、成本低、效率高、面积可调范围广以及适合工业生产等许多优点。

Description

一种SiO2-ZnO纳米棒阵列复合电极的制备方法
技术领域
本发明属于纳米材料技术领域，特别是提供了一种采用氧化硅修饰层来防止氧化锌电极在进行染料敏化过程中被腐蚀损伤的方法，涉及一种高稳定性的染料敏化太阳能电池电极的制备方法。
背景技术
太阳能电池可分类为硅基太阳能电池、多元化合物材料太阳能电池、功能高分子材料太阳能电池、染料敏化太阳能电池等。染料敏化太阳能电池以其较高的转换率、成本低、制作工艺简单等优点，成为了近年来研究的一大热门领域。纳米级的TiO2、ZnO、SnO2等半导体氧化物具有合适的禁带宽度、大的比、表面积对光腐蚀稳定性以及良好的电子传输性，而被应用作为太能染料敏化电池的光阳极材料。特别是近年来，人们发现准一维ZnO纳米结构可以为电子传输提供直线传播路径，从而减少电子在传播过程中的损失，有极大提高电池光能量转化效率的潜能。(M.Law，L.E.Greene，J.C.Johnson，R.Saykally，P.D.Yang，Nat.Mater.4(2005)455；Z.Qin，Q.L.Liao，Y.H.Huang，L.D.Tang，X.H.Zhang，Y.Zhang，Mater.Chem.Phys.123(2010)811；N.Ye，J.J.Qi，Z.Qi，X.M.Zhang，Y.Yang，J.Liu，Y.Zhang，J.Power Sources 195(2010)5806)同时，准一维ZnO纳米材料的制备方法多样，且制备工艺条件简单，可通过控合成反应获得大面积、形貌多样的ZnO纳米结构。不仅有利于对光阳极的结构进行优化，并且有望进一步降低电池成本。
想要获得高效的光电转换的性能的前提条件是，染料的能级与阳极半导体材料的能级匹配情况以及它对太阳光谱的响应性能。目前商业化使用的染料大多为钌的多吡啶有机金属配合物。这类染料在可见光区有较强的吸收，氧化还原性能可逆，氧化态稳定性高，是性能优越的光敏化染料。然而，这类的染料在溶液中成酸性，不仅会对ZnO纳米材料的表面造成腐蚀损伤，而且会产生一种Zn2+/dye配合物。因此，基于ZnO纳米棒阵列的染料敏化太阳能电池的转化效率的继续提高受到了一定的限制。目前，也有一些研究者试图通过表面修饰手段来阻止酸性染料对基于ZnO纳米材料电池性能的降低，但是这些手段的改善效果各异。(M.Law，L.E.Greene，A.Radenovic，T.Kuykendall，J.Liphardt，P.D.Yang，J.Phys.Chem.B 110(2006)22652；S.H.Kang，J.Y.Kim，Y.Kim，H.S.Kim，Y.E.Sung，J.Phys.Chem.C 111(2007)9614；Y.J.Shin，K.S.Kim，N.G.Park，K.S.Ryu，S.H.Chang，Bull.Korean Chem.Soc.26(2005)1929；X.J.Wang，M.K.Lei，T.Yang，L.J.Yuan，J.Mater.Res.18(2003)2401.)
发明内容
本发明目的在于提供一种采用氧化硅修饰层来防止氧化锌纳米棒阵列电极在染料浸泡中被腐蚀损伤的方法，制备出一种高稳定性的SiO2-ZnO纳米棒阵列复合染料敏化太阳能电池阳极。该方法工艺简单、效率高、成本低，制备的复合电极抗染料腐蚀性强，面积可调范围广，适合大规模生产等许多优点。
本发明提出了一种在染料敏化过程中具有强耐腐蚀性的SiO2-ZnO纳米棒阵列复合电极的制备方法。采用水热法在导电基底上制备了ZnO纳米棒阵列；利用旋转涂覆法在ZnO纳米棒阵列表面复合一层SiO2薄膜。选择适当的工艺参数来获得在敏化过程中耐酸性强、电极性能优异的SiO2-ZnO纳米棒阵列复合电极。具体工艺步骤如下：
1.将等摩尔数的硝酸锌和六次甲基四胺溶解于去离子水中配制成浓度为0.05～0.2M反应溶液。
2.将镀有100～200nm厚ZnO薄膜作为晶种层的导电基片作为生长基底，放入反应溶液中在80～100℃下反应12～24小时。
3.反应结束后，将基片取出。用去离子水反复冲洗后可以看到基片上形成了均匀的半透明薄膜，此薄膜即为所制得的ZnO纳米棒阵列。
4.将氧化硅水溶胶中的氧化硅含量调节在10～26wt％的范围，超声处理15分钟后，获得粘稠度适当的胶状溶液。
5.取0.1毫升的上述溶胶滴于已制得的ZnO纳米棒阵列表面。将旋转速度设置为低速1000转/分、高速3000转/分。分别在低速档旋转5～10秒，在高速档旋转10～20秒。可重复上述涂覆步骤，直到获得所需的均匀涂层的参数要求。
6.将上述旋涂好的电极放入箱式炉中，在400～800℃区间热处理30分钟至1小时，并自然冷却至室温。此电极即为所制得的SiO2-ZnO纳米棒阵列复合电极。
与现有技术相比，本发明所制备的基于ZnO染料敏化太阳能电池的制备方法有以下优点：
1.通过采用氧化硅修饰层来防止氧化锌纳米棒阵列电极在酸性染料中浸泡时的耐腐蚀性，有效抑制了ZnO纳米棒阵列电极表面的腐蚀损伤及Zn2+/dye配合物的产生。
2.采用旋涂溶胶法工艺简单，可获得表面均一、大面积的SiO2薄膜涂层。
3.通过对溶胶涂覆层数、烧结次数、浓度的调整可合理控制SiO2薄膜涂层的厚度，获得耐酸性强且性能优异的复合电极。
4.利用该复合电极组装的染料敏化太阳能电池的敏化性能得到了极大的稳定。
附图说明
图1为本发明采用水热反应法制备的尺寸均一、取向性良好的ZnO纳米棒阵列形貌的扫描电镜照片。
图2为本发明采用旋转涂覆法制备的SiO2修饰的ZnO纳米棒阵列复合电极表面形貌电镜照片。插图为复合电极的侧视扫描电镜照片。
图3为本发明制备的SiO2修饰的ZnO纳米棒阵列复合电极的能谱分析。
图4为本发明利用制备的大面积SiO2-ZnO纳米棒阵列复合电极在经过不同敏化时间后组装成的染料敏化太阳能电池负载曲线。该曲线反应了本发明制备的复合电极在敏化过程中具有着优异的抗腐蚀损伤性能。
具体实施方式
下面结合实例对本发明的技术方案进行进一步说明：
实例1
1.将等摩尔数的化学纯硝酸锌与六次甲基四胺溶解至去离子水中，配制成摩尔浓度为0.05mol/L的反应溶液。
2.选取5片匀胶法制备的镀有100nm厚ZnO薄膜作为晶种层的FTO导电玻璃切割成2cm×2cm大小作为生长基底，放入反应溶液中在95℃下密封生长24小时。
3.反应结束后，先用去离子水将基片反复冲洗，烘干后可以看到基片上形成了均匀的半透明白色薄膜，此薄膜即为所制得的ZnO纳米棒阵列。
4.取浓度约为11-13wt％的氧化硅溶胶，超声处理15分钟后，获得粘稠度适当的胶状溶液。用滴管吸取上述氧化铝溶胶分别滴于5片ZnO纳米棒阵列电极表面。随后在1000转/分的低速档旋转5秒，在3000转/分高速档旋转15秒。重复涂覆3次，可在ZnO纳米棒阵列上获得表面均一的胶体层。
5.将上述旋涂好的电极放入炉中在500℃下退火处理30分钟，随后自然冷却至室温。获得的此电极即为所制得的SiO2-ZnO纳米棒阵列复合电极。
实例2
1.将等摩尔数的化学纯硝酸锌与六次甲基四胺溶解至去离子水中，配制成摩尔浓度为0.15mol/L的反应溶液。
2.选取5片匀胶法制备的镀有100nm厚ZnO薄膜作为晶种层的铝片切割成2cm×2cm大小作为生长基底，放入反应溶液中在90℃下密封生长24小时。
3.反应结束后，得到均匀的乳白色薄膜，此薄膜即为所制得的ZnO纳米棒阵列。
4.取浓度约为20-26wt％的氧化硅溶胶，超声处理15分钟后，获得粘稠度适当的胶状溶液。用滴管吸取上述氧化铝溶胶分别滴于5片ZnO纳米棒阵列电极表面。随后在1000转/分的低速档旋转5秒，在3000转/分高速档旋转15秒。可在ZnO纳米棒阵列上获得表面均一的胶体层。
5.将上述旋涂好的电极放入炉中在500℃下退火处理30分钟，随后自然冷却至室温。获得的此电极即为所制得的SiO2-ZnO纳米棒阵列复合电极。
实例3
1.将等摩尔数的化学纯硝酸锌与六次甲基四胺溶解至去离子水中，配制成摩尔浓度为0.05mol/L的反应溶液。
2.选取镀有100nm厚ZnO薄膜作为晶种层的不锈钢基片切割成2cm×2cm大小作为生长基底，放入反应溶液中在90℃下密封生长12小时。
3.反应结束后，得到均匀的半透明乳白色薄膜，此薄膜即为所制得的ZnO纳米棒阵列。
4.取浓度约为20-26wt％的氧化硅溶胶，超声处理15分钟后，获得粘稠度适当的胶状溶液。用滴管吸取上述氧化铝溶胶分别滴于5片ZnO纳米棒阵列电极表面。随后在1000转/分的低速档旋转5秒，在3000转/分高速档旋转15秒。可在ZnO纳米棒阵列上获得表面均一的胶体层。
5.将上述旋涂好的电极放入炉中在600℃下退火处理30分钟，随后自然冷却至室温。获得的此电极即为所制得的SiO2-ZnO纳米棒阵列复合电极。

Claims (5)

1.一种SiO2-ZnO纳米棒阵列复合电极的制备方法，其特征在于，制备工艺步骤为：
a.等摩尔数的硝酸锌和六次甲基四胺溶解于去离子水中配制成浓度为0.05～0.2M的反应溶液；
b.将载有ZnO薄膜晶种层的导电基底作为生长基底，放入反应溶液中在80～100℃下反应12～24小时，从而获得ZnO纳米棒阵列电极；
c.将氧化硅溶胶超声处理15分钟后，用旋转涂覆法将涂覆于ZnO纳米棒阵列电极表面，经过热处理后得到SiO2-ZnO纳米棒阵列复合电极。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：生长基底为镀有100～200nm厚的ZnO薄膜的导电玻璃、金属或化合物导电薄膜导电基底。
3.如权利要求1所述的一种SiO2-ZnO纳米棒阵列复合电极的制备方法，其特征在于：氧化硅水溶胶中氧化硅的含量为10-26wt％。
4.如权利要求1所述的一种SiO2-ZnO纳米棒阵列复合电极的制备方法，其特征在于：旋转涂覆法的匀胶工艺为在低速1000转/分下旋转5～10秒、在高速3000转/分下旋转10～20秒；重复此涂覆步骤，直到获得所需的均匀涂层的参数要求。
5.如权利要求1所述的一种SiO2-ZnO纳米棒阵列复合电极的制备方法，其特征在于：涂覆后热处理温度在400～800℃区间，热处理时间为0.5～1小时。 
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102275981A (zh) * 2011-07-15 2011-12-14 东华大学 一种自基底的SnO2纳米棒阵列的制备方法
CN109727778A (zh) * 2018-12-06 2019-05-07 东南大学 一种ZnO-C-MoS2双壳电极的制备方法
CN110867565A (zh) * 2019-07-26 2020-03-06 吉林大学 一种碳包覆硅和氧化锌复合电极材料的制备方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1544324A (zh) * 2003-11-20 2004-11-10 中国科学院上海技术物理研究所 二氧化硅气凝胶薄膜材料的制备方法
US20050224819A1 (en) * 2004-04-05 2005-10-13 Fuji Photo Film Co., Ltd. Imaging device and imaging method
CN101354968A (zh) * 2008-09-16 2009-01-28 彩虹集团公司 一种染料敏化太阳能电池光阳极及其制备方法
CN101702377A (zh) * 2009-10-29 2010-05-05 彩虹集团公司 一种氧化锌/二氧化钛杂化电极及其制备方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1544324A (zh) * 2003-11-20 2004-11-10 中国科学院上海技术物理研究所 二氧化硅气凝胶薄膜材料的制备方法
US20050224819A1 (en) * 2004-04-05 2005-10-13 Fuji Photo Film Co., Ltd. Imaging device and imaging method
CN101354968A (zh) * 2008-09-16 2009-01-28 彩虹集团公司 一种染料敏化太阳能电池光阳极及其制备方法
CN101702377A (zh) * 2009-10-29 2010-05-05 彩虹集团公司 一种氧化锌/二氧化钛杂化电极及其制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
《Applied physics letters》 20081210 B.H.Chu et al. 《Comformable coating of SiO2 on hydrothermally grown ZnO nanorods》 第93卷, 第23期 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102275981A (zh) * 2011-07-15 2011-12-14 东华大学 一种自基底的SnO2纳米棒阵列的制备方法
CN102275981B (zh) * 2011-07-15 2013-05-08 东华大学 一种自基底的SnO2纳米棒阵列的制备方法
CN109727778A (zh) * 2018-12-06 2019-05-07 东南大学 一种ZnO-C-MoS2双壳电极的制备方法
CN109727778B (zh) * 2018-12-06 2021-01-05 东南大学 一种ZnO-C-MoS2双壳电极的制备方法
CN110867565A (zh) * 2019-07-26 2020-03-06 吉林大学 一种碳包覆硅和氧化锌复合电极材料的制备方法

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