CN103578775B - 基于ZnO透明导电纳米线阵列电极的染料敏化太阳电池及其制备方法 - Google Patents

基于ZnO透明导电纳米线阵列电极的染料敏化太阳电池及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于ZnO透明导电纳米线阵列电极的染料敏化太阳电池及其制备方法，该染料敏化太阳电池主要由ZnO透明导电纳米线阵列电极、染料敏化TiO2纳米晶半导体光阳极、电解质和对电极组成。制备方法包括采用电沉积法和热处理制备Al或In掺杂的ZnO透明导电纳米线阵列电极，然后制备与ZnO纳米线阵列尺寸相匹配的染料敏化TiO2纳米晶半导体光阳极，最后组装电池。本发明的染料敏化太阳电池以绒面结构的ZnO透明导电纳米线阵列作为透明电极，可起到加快电子传输至导电电极和绒面陷光作用，从而提高光电转换效率。

Description

基于ZnO透明导电纳米线阵列电极的染料敏化太阳电池及其制备方法
技术领域
本发明属于太阳电池领域，具体涉及一种基于ZnO透明导电纳米线阵列为透明电极的染料敏化太阳电池。
背景技术
染料敏化太阳电池（Dye-sensitizedSolarCells，DSCs）是模仿光合作用原理的一种有机-无机杂化太阳电池，被誉为新一代太阳电池，自瑞士洛桑联邦工业学院M教授于1991年取得突破性进展以来，一直是国际国内太阳电池领域的研究热点。它具有原材料丰富、生产成本低（仅为硅太阳电池的1/10-1/5）、工艺技术相对简单、易于大规模工业化生产的优点，同时光谱响应范围宽、性能稳定、衰减少，制备过程能耗少、对环境友好，因此吸引了众多科学家和企业进行基础研究和产业化开发。近十年来，世界各国都加大对DSCs的研发力度，尤其是瑞士和日本在研究和产业化方面一直走在世界前列。我国非常重视DSCs的研究和开发，中科院等离子体物理所、物理所、化学所、理化所、长春应化所、北京大学、清华大学、武汉光电国家实验室等研究机构分别在大面积DSCs（15×20cm2）、应用示范工程（500W）、固态复合电解质、光阳极材料、有机染料、新型对电极、柔性DSCs、单极板全固态DSCs等方面取得重要成果。DSCs以其高性价比的优势成为硅太阳电池强有力的竞争者，但仍需进一步提高光电转换效率、长期稳定性、降低成本、大面积化和柔性化，从而推动其产业化进程。
DSCs主要由透明导电电极、纳米晶半导体光阳极、染料光敏化剂、电解质和对电极五部分组成。光生电子的产生、传输与复合过程：光吸收由靠吸附在纳米晶半导体表面的染料完成；染料分子受光辐照后由基态跃迁至激发态，在半导体/染料界面处发生电荷分离，将电子注入到半导体导带上，再传输到导电基底或在界面处被氧化态电解质（I3 -）复合。半导体中电子传输是一个不断被电子陷阱俘获和脱俘的过程，只有导带中自由电子对扩散过程有贡献，用有效电子扩散系数Dn表示。电子损失主要是电子与氧化态电解质的复合，会产生暗电流而降低电池效率，光阳极半导体/电解质和导电基底/电解质是电子复合的主要界面。电子传输与复合过程相互竞争，可用电子扩散长度Ln=(Dnτn)1/2来表征，Dn表征电子传输过程（电子传输时间τd），电子寿命τn表征电子复合过程。由于入射光强度会改变导带中光生电子准费米能级而影响电子俘获/脱俘过程，所以Dn和τn都会随入射光强变化，但入射光强度对Dn和τn的影响正好相反，因此Ln基本不依赖于光强。在一定范围内，Ln越大，电子传输时间越短、电子寿命越长，即τn/τd值越大越有利于电子收集。提高DSCs光电转换效率关键在于：（1）提高太阳光捕获效率和扩展染料对太阳光谱响应范围；（2）提高半导体/染料界面处的电荷分离效率；（3）加快电子传输到导电基底，减少电子被复合的几率。
典型的DSCs光阳极是由TiO2纳米颗粒组成的多孔厚膜，也可采用ZnO、SnO2和Nb2O3等纳米晶半导体作为光阳极。在半导体纳米颗粒光阳极中，电子扩散长度约为7～30μm，因此多孔膜厚度为10μm左右有利于电子收集。增大多孔膜厚度可以扩展其对红外和近红外光的吸收，但膜层太厚会超过电子扩散长度。克服这个障碍的一种方法是增大半导体光阳极中的电子扩散长度。研究表明，在DSCs半导体纳米颗粒膜中电子被注入到导电基底或被复合之前，需要经历上百万次的“俘获”；准一维的半导体纳米线为单晶结构，具有高的结晶质量、高的长径比和量子限域效应，电子在单晶纳米线一维方向上传输比在随机结晶取向的ZnO、TiO2纳米颗粒中快几个数量级，从而减少电子在界面处被复合的损失。因此，基于准一维的TiO2或ZnO纳米结构阵列光阳极的DSCs成为近年来研究的热点，采用各种方法能够实现TiO2或ZnO纳米结构阵列可控生长并将其应用于DSCs光阳极。但纳米线阵列比表面积较小，造成对染料吸附量少，染料敏化准一维半导体纳米结构阵列太阳电池的光电转换效率不及染料敏化纳米颗粒太阳电池。最近报道ZnO纳米颗粒与ZnO纳米线阵列杂化光阳极的DSCs光电转换效率比只采用ZnO纳米颗粒或ZnO纳米线阵列作光阳极的DSCs提高3～4倍。将半导体纳米线、棒、管阵列等新的形貌运用到DSCs中，特别是杂化纳米结构和直线电子传输概念的引入，为DSCs指出了一个重要的发展方向。
但是，现有技术都是将未掺杂ZnO纳米线阵列作为DSCs的半导体光阳极来考虑，其光电转换效率不高，究其主要原因是产生的光电子仍然不能尽快地传输至外电路。这是由于材料的电导率为电子迁移率和载流子浓度的乘积。虽然未掺杂的半导体ZnO纳米线中具有足够高的电子迁移率，但载流子浓度较小，即电子传输的“通道”太少。当DSCs产生的光电子较少时，可以很快地传输；当DSCs产生的光电子较多时，电子就会出现“堵塞”，电子传输受到限制。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种以绒面结构的ZnO透明导电纳米线阵列作为透明电极、可起到加快电子传输至导电电极和绒面陷光作用从而提高光电转换效率的基于ZnO透明导电纳米线阵列电极的染料敏化太阳电池及其制备方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为一种基于ZnO透明导电纳米线阵列电极的染料敏化太阳电池，所述染料敏化太阳电池主要由ZnO透明导电纳米线阵列电极、染料敏化TiO2纳米晶半导体光阳极、电解质和对电极组成。
上述的染料敏化太阳电池中，优选的，所述ZnO透明导电纳米线阵列电极为生长在FTO（即掺氟二氧化锡）透明导电玻璃衬底上的Al或In掺杂的ZnO透明导电纳米线阵列电极。
上述的染料敏化太阳电池中，优选的，所述ZnO透明导电纳米线阵列电极的可见光平均透过率大于60%，电阻率小于10-2Ω·cm。
上述的染料敏化太阳电池中，优选的，所述ZnO透明导电纳米线阵列电极中ZnO透明导电纳米线的直径为100nm～300nm，长径比为5～30，分布密度为106根/cm2～109根/cm2，所述ZnO透明导电纳米线的生长方向为<001>晶向垂直于衬底。
上述的染料敏化太阳电池中，优选的，所述染料敏化TiO2纳米晶半导体光阳极由填充在所述ZnO透明导电纳米线阵列之间的染料敏化的粗晶粒TiO2颗粒组成，或者由一层覆盖在所述ZnO透明导电纳米线阵列表面的染料敏化的致密细晶粒TiO2膜和填充在所述ZnO透明导电纳米线阵列之间的染料敏化的粗晶粒TiO2颗粒组成。
上述的染料敏化太阳电池中，优选的，所述致密细晶粒TiO2膜的TiO2晶粒尺寸为3nm～8nm；所述粗晶粒TiO2颗粒的晶粒尺寸为20nm～30nm。
作为一个总的技术构思，本发明还提供一种基于ZnO透明导电纳米线阵列电极的染料敏化太阳电池的制备方法，包括以下步骤：
（1）ZnO透明导电纳米线阵列电极的制备：以锌盐与铝盐、或者锌盐与铟盐的混合水溶液为前驱体，采用电沉积法在FTO透明导电玻璃衬底上制备Al或In掺杂的ZnO纳米线阵列，经晶化热处理和真空热处理后，得到Al或In掺杂的ZnO透明导电纳米线阵列电极；
（2）染料敏化TiO2纳米晶半导体光阳极的制备：将配制的TiO2浆料刮涂在Al或In掺杂的ZnO透明导电纳米线阵列电极的表面，干燥后于445℃～455℃下保温30min～45min，得到Al或In掺杂的ZnO透明导电纳米线阵列电极/TiO2纳米晶半导体光阳极，然后浸入有机染料敏化剂的乙醇溶液中浸泡12h～24h，干燥后得到Al或In掺杂的ZnO透明导电纳米线阵列电极/染料敏化TiO2纳米晶半导体光阳极；
（3）组装电池：将上述Al或In掺杂的ZnO透明导电纳米线阵列电极/染料敏化TiO2纳米晶半导体光阳极与电解质、对电极进行组装，得到染料敏化太阳电池。
上述的制备方法中，优选的，所述锌盐为Zn(NO3)2、ZnCl2、Zn(CH3COO)2；所述铝盐为Al(NO3)3、AlCl3；所述铟盐为In(NO3)3、InCl3。
上述的制备方法中，优选的，所述电沉积法的工艺条件为：电流密度-3mA/cm2～-6mA/cm2；电沉积温度80℃±1℃，电沉积时间60min～90min；所述晶化热处理为：空气气氛中，将所述Al或In掺杂的ZnO透明导电纳米线阵列于520℃～530℃下保温60min～90min，然后随炉冷却至室温；所述真空热处理为：真空条件下，将晶化热处理后的Al或In掺杂的ZnO透明导电纳米线阵列于420℃～450℃下保温30min～45min，然后随炉冷却至室温。
上述的制备方法中，优选的，所述步骤（2）中，在刮涂TiO2浆料之前，还包括ZnO透明导电纳米线阵列电极的表面修饰过程：以TiCl4与无水乙醇的混合溶胶为前驱体，然后将步骤（1）得到的Al或In掺杂的ZnO透明导电纳米线阵列在混合溶胶中浸润，经热处理后，在Al或In掺杂的ZnO透明导电纳米线阵列表面形成一层致密细晶粒TiO2膜。
本发明中，ZnO透明导电纳米线阵列电极的纳米线阵列结构即为绒面结构。
本发明中，TiO2浆料主要通过TiO2粉末与有机粘结剂、去离子水混合后充分研磨制备得到，属于常规制备方法。
本发明中，符号“/”代表两组件的界面。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
（1）本发明采用FTO透明导电玻璃衬底上生长的Al或In掺杂的ZnO透明导电纳米线阵列作为DSCs的透明电极，它不但具有高的电子迁移率，而且具有较高的载流子浓度，所以电导率高。本发明将这种ZnO透明导电纳米线阵列作为DSCs的透明导电电极，相对于采用平面透明导电氧化物电极的DSCs，能够较大幅度地提高光电转换效率。一方面，与未掺杂的ZnO透明半导体纳米线阵列相比，本发明的Al或In掺杂的ZnO透明导电纳米线阵列的电子迁移率和载流子浓度都提高，因而电导率显著地提高（一般高2个数量级），能够将DSCs产生的光电子尽快地传输至外电路；另一方面，本发明的Al或In掺杂的ZnO透明导电纳米线阵列为绒面结构，与平面的透明导电氧化物膜玻璃电极相比，增大了纳米颗粒TiO2光阳极与绒面结构电极的接触面积，即电子传输的通道增多，能够提高收集电子和将电子传输至外电路的效率，因此提高DSCs的光电转换效率。
现有技术一般采用平面的透明导电氧化物膜玻璃作为DSCs的透明电极，或在平面的透明导电氧化物膜玻璃衬底上生长氧化物半导体一维纳米结构阵列膜作为DSCs的光阳极，而没有采用透明导电氧化物一维纳米结构阵列膜作为DSCs的透明导电电极，其电子传输受到限制，影响其光电转换效率。
（2）本发明中ZnO透明导电纳米线的尺寸与太阳光的紫外、可见光波长（250nm～780nm）接近，并且形貌呈类六棱柱形，具有光散射效应，起到陷光作用，使太阳电池的光捕俘效率提高。
（3）本发明中ZnO透明导电纳米线的尺寸、分布密度与TiO2纳米颗粒尺寸的几何匹配性好，既保证TiO2纳米颗粒有足够的比表面积吸附染料敏化分子，又保证产生的光电子有足够多的通道传输至导电电极。
附图说明：
图1为本发明实施例1中基于ZnO透明导电纳米线阵列电极的染料敏化太阳电池的结构示意图。
图2为本发明实施例1中ZnO透明导电纳米线阵列形貌的SEM照片。
图3为本发明实施例2中染料敏化TiO2纳米晶半导体光阳极与ZnO透明导电纳米线阵列电极的几何匹配示意图（剖面）。
图例说明：1、FTO透明导电玻璃；2、ZnO透明导电纳米线阵列电极；3、染料敏化TiO2纳米晶半导体光阳极；4、电解质；5、对电极；6、太阳光；7、染料敏化的致密细晶粒TiO2膜；8、染料敏化的粗晶粒TiO2颗粒。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。
实施例1
一种如图1所示的本发明的基于ZnO透明导电纳米线阵列电极的染料敏化太阳电池，该染料敏化太阳电池主要由ZnO透明导电纳米线阵列电极2、染料敏化TiO2纳米晶半导体光阳极3、电解质4（LiI、I2和4–叔丁基吡啶的乙腈溶液）和对电极5（铂电极）组成。ZnO透明导电纳米线阵列电极2的纳米线阵列结构即为绒面结构，太阳光6从ZnO透明导电纳米线阵列电极2至染料敏化TiO2纳米晶半导体光阳极3的方向射入电池，在ZnO透明导电纳米线阵列电极2处发生光散射。
本实施例中，ZnO透明导电纳米线阵列电极2为生长在FTO透明导电玻璃1衬底上的Al掺杂的ZnO透明导电纳米线阵列电极。ZnO透明导电纳米线阵列电极2的可见光平均透过率为68%，电阻率为162Ω/□（相当于电阻率10-3Ω·cm数量级）。ZnO透明导电纳米线的形貌为类六棱柱形，直径为150nm～250nm，长径比为7，分布密度为4×108根/cm2，ZnO透明导电纳米线的生长方向为<001>晶向垂直于衬底。
本实施例中，染料敏化TiO2纳米晶半导体光阳极3由染料敏化的粗晶粒TiO2颗粒组成，晶粒尺寸为25nm。
一种上述本实施例的基于ZnO透明导电纳米线阵列电极的染料敏化太阳电池的制备方法，包括以下步骤：
（1）ZnO透明导电纳米线阵列电极2的制备：以Zn(NO3)2与Al(NO3)3的混合水溶液（Zn(NO3)2的浓度0.003M、Al/Zn原子比例=3.3%）为前驱体溶液，采用电沉积法在FTO透明导电玻璃1衬底上制备Al掺杂的ZnO透明导电纳米线阵列，电沉积的工艺条件为：极板间距离2cm，阴极电位-1.5V，电流密度-6mA/cm2，电沉积温度80℃，电沉积时间60min。然后，将Al掺杂的ZnO透明导电纳米线阵列进行晶化热处理和真空热处理。晶化热处理的条件为：空气气氛下，530℃，保温1h，随炉冷却至室温；真空热处理的条件为：真空，420℃，保温30min，随炉冷却至室温，得到Al掺杂的ZnO透明导电纳米线阵列电极，表面形貌如图2所示，方块电阻为162Ω/□，可见光平均透过率为68%。
（2）TiO2浆料的制备：将4.5g二氧化钛粉末（市售P25）、0.12g乙酰丙酮、0.15g曲拉通X–100和7.5g去离子水混合后充分研磨，得到TiO2浆料。
（3）染料敏化TiO2纳米晶半导体光阳极3的制备：将配制的TiO2浆料刮涂在Al掺杂的ZnO透明导电纳米线阵列电极表面上，自然干燥后，在450℃下保温30min，得到Al掺杂的ZnO透明导电纳米线阵列电极/TiO2纳米晶半导体光阳极，将Al掺杂的ZnO透明导电纳米线阵列电极/TiO2纳米晶半导体光阳极浸入0.5mmol/L有机染料敏化剂N719（市售）的乙醇溶液中浸泡12h，取出干燥，得到Al掺杂的ZnO透明导电纳米线阵列电极/染料敏化TiO2纳米晶半导体光阳极。
（4）组装电池：以透明胶带作为间隔层，将上述制备的Al掺杂的ZnO透明导电纳米线阵列电极/染料敏化TiO2纳米晶半导体光阳极与市售铂对电极用夹子固定，两片玻璃稍微错开，滴入液体电解质，电解质4为含有0.3mol/LLiI、0.03mol/LI2、0.5mol/L4–叔丁基吡啶的乙腈溶液，两片玻璃暴露在外面的部分连接导线，组装成染料敏化太阳电池，电池有效面积0.42cm2。在光照强度为100mW/cm2条件下进行测试，光电转换效率为2.79%，相比于在相同条件下、直接以FTO透明导电玻璃为透明电极的染料敏化太阳电池（光电转换效率2.18%），光电转换效率提高了28%。
实施例2
一种本发明的基于ZnO透明导电纳米线阵列电极的染料敏化太阳电池，与实施例1的染料敏化太阳电池基本相同，区别仅在于：如图3所示，本实施例的染料敏化TiO2纳米晶半导体光阳极3由一层覆盖在ZnO透明导电纳米线阵列表面的染料敏化的致密细晶粒TiO2膜7和填充在ZnO透明导电纳米线阵列之间的染料敏化的粗晶粒TiO2颗粒8组成，细晶粒TiO2的晶粒尺寸为5nm；粗晶粒TiO2颗粒的晶粒尺寸为25nm。
一种上述本实施例的基于ZnO透明导电纳米线阵列电极的染料敏化太阳电池的制备方法，与实施例1的步骤基本相同，区别仅在于：步骤（2）中，在刮涂TiO2浆料之前，还包括ZnO透明导电纳米线阵列电极2的表面修饰过程，具体为：以TiCl4与无水乙醇的混合溶胶为前驱体，然后将步骤（1）得到的Al掺杂的ZnO透明导电纳米线阵列在溶胶中浸润，再在400℃、空气气氛中进行热处理30min，形成一层致密细晶粒TiO2膜，然后在ZnO透明导电纳米线阵列表面的致密细晶粒TiO2膜上刮涂TiO2浆料，继续后续步骤。
本实施例组装的染料敏化太阳电池，电池有效面积0.42cm2。在光照强度为100mW/cm2条件下进行测试，光电转换效率为3.21%，相比于在相同条件下、直接以FTO透明导电玻璃为透明电极的染料敏化太阳电池（光电转换效率2.18%），光电转换效率提高47%。
以上所述仅是本发明的具体实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例。凡属于以绒面ZnO透明导电纳米线阵列作为染料敏化太阳电池透明电极的技术方案均属于本发明的保护范围。应该指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下的改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于ZnO透明导电纳米线阵列电极的染料敏化太阳电池，其特征在于，所述染料敏化太阳电池主要由ZnO透明导电纳米线阵列电极、染料敏化TiO2纳米晶半导体光阳极、电解质和对电极组成；
所述ZnO透明导电纳米线阵列电极为生长在FTO透明导电玻璃衬底上的Al或In掺杂的ZnO透明导电纳米线阵列电极；
所述ZnO透明导电纳米线阵列电极的可见光平均透过率大于60%，电阻率小于10-2Ω·cm。
2.根据权利要求1所述的染料敏化太阳电池，其特征在于，所述ZnO透明导电纳米线阵列电极中ZnO透明导电纳米线的直径为100nm～300nm，长径比为5～30，分布密度为106根/cm2～109根/cm2，所述ZnO透明导电纳米线的生长方向为<001>晶向垂直于衬底。
3.根据权利要求1所述的染料敏化太阳电池，其特征在于，所述染料敏化TiO2纳米晶半导体光阳极由填充在所述ZnO透明导电纳米线阵列之间的染料敏化的粗晶粒TiO2颗粒组成，或者由一层覆盖在所述ZnO透明导电纳米线阵列表面的染料敏化的致密细晶粒TiO2膜和填充在所述ZnO透明导电纳米线阵列之间的染料敏化的粗晶粒TiO2颗粒组成。
4.根据权利要求3所述的染料敏化太阳电池，其特征在于，所述致密细晶粒TiO2膜的TiO2晶粒尺寸为3nm～8nm；所述粗晶粒TiO2颗粒的晶粒尺寸为20nm～30nm。
5.一种基于ZnO透明导电纳米线阵列电极的染料敏化太阳电池的制备方法，包括以下步骤：
（1）ZnO透明导电纳米线阵列电极的制备：以锌盐与铝盐、或者锌盐与铟盐的混合水溶液为前驱体，采用电沉积法在FTO透明导电玻璃衬底上制备Al或In掺杂的ZnO纳米线阵列，经晶化热处理和真空热处理后，得到Al或In掺杂的ZnO透明导电纳米线阵列电极；
（2）染料敏化TiO2纳米晶半导体光阳极的制备：将配制的TiO2浆料刮涂在Al或In掺杂的ZnO透明导电纳米线阵列电极的表面，干燥后于445℃～455℃下保温30min～45min，得到Al或In掺杂的ZnO透明导电纳米线阵列电极/TiO2纳米晶半导体光阳极，然后浸入有机染料敏化剂的乙醇溶液中浸泡12h～24h，干燥后得到Al或In掺杂的ZnO透明导电纳米线阵列电极/染料敏化TiO2纳米晶半导体光阳极；
（3）组装电池：将上述Al或In掺杂的ZnO透明导电纳米线阵列电极/染料敏化TiO2纳米晶半导体光阳极与电解质、对电极进行组装，得到染料敏化太阳电池。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述锌盐为Zn(NO3)2、ZnCl2或Zn(CH3COO)2；所述铝盐为Al(NO3)3或AlCl3；所述铟盐为In(NO3)3或InCl3。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述电沉积法的工艺条件为：电流密度-3mA/cm2～-6mA/cm2；电沉积温度80℃±1℃，电沉积时间60min～90min；所述晶化热处理为：空气气氛中，将所述Al或In掺杂的ZnO透明导电纳米线阵列于520℃～530℃下保温60min～90min，然后随炉冷却至室温；所述真空热处理为：真空条件下，将晶化热处理后的Al或In掺杂的ZnO透明导电纳米线阵列于420℃～450℃下保温30min～45min，然后随炉冷却至室温。
8.根据权利要求5、6或7所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中，在刮涂TiO2浆料之前，还包括ZnO透明导电纳米线阵列电极的表面修饰过程：以TiCl4与无水乙醇的混合溶胶为前驱体，然后将步骤（1）得到的Al或In掺杂的ZnO透明导电纳米线阵列在混合溶胶中浸润，经热处理后，在Al或In掺杂的ZnO透明导电纳米线阵列表面形成一层致密细晶粒TiO2膜。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN106128769A (zh) * 2016-07-04 2016-11-16 西安交通大学 一种三维染料敏化太阳能电池工作电极及其制备方法
PL239804B1 (pl) * 2017-07-17 2022-01-10 Politechnika Slaska Im Wincent Kompozytowe nanodruty tlenku cynku do produkcji elektrod w barwnikowych ogniwach fotowoltaicznych oraz sposób ich wytwarzania

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101717070A (zh) * 2009-11-11 2010-06-02 中国科学院理化技术研究所 具有光催化功能的Al掺杂ZnO纳米片的制备方法
CN102290257A (zh) * 2011-05-19 2011-12-21 内蒙古大学 一种可选择性透光的染料敏化太阳能电池的制备方法
CN102290248A (zh) * 2011-06-10 2011-12-21 浙江东晶电子股份有限公司 一种染料敏化太阳能电池高效复合光阳极的制备方法
CN102306550A (zh) * 2011-06-03 2012-01-04 厦门大学 染料敏化太阳能电池纳米枝节二氧化钛光阳极的制备方法
CN102324312A (zh) * 2011-07-04 2012-01-18 武汉大学 一种染料敏化太阳能电池复合光阳极的制备方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101232299B1 (ko) * 2011-06-29 2013-02-13 한국과학기술원 나노 구조체, 그 제조 방법 및 이를 포함하는 태양 전지

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101717070A (zh) * 2009-11-11 2010-06-02 中国科学院理化技术研究所 具有光催化功能的Al掺杂ZnO纳米片的制备方法
CN102290257A (zh) * 2011-05-19 2011-12-21 内蒙古大学 一种可选择性透光的染料敏化太阳能电池的制备方法
CN102306550A (zh) * 2011-06-03 2012-01-04 厦门大学 染料敏化太阳能电池纳米枝节二氧化钛光阳极的制备方法
CN102290248A (zh) * 2011-06-10 2011-12-21 浙江东晶电子股份有限公司 一种染料敏化太阳能电池高效复合光阳极的制备方法
CN102324312A (zh) * 2011-07-04 2012-01-18 武汉大学 一种染料敏化太阳能电池复合光阳极的制备方法

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