CN103730260B - 染料敏化太阳能电池及其ZnO复合光阳极制备方法 - Google Patents

染料敏化太阳能电池及其ZnO复合光阳极制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN103730260B
CN103730260B CN201310744444.1A CN201310744444A CN103730260B CN 103730260 B CN103730260 B CN 103730260B CN 201310744444 A CN201310744444 A CN 201310744444A CN 103730260 B CN103730260 B CN 103730260B
Authority
CN
China
Prior art keywords
zno
light anode
dssc
complex light
nano
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201310744444.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN103730260A (zh
Inventor
柳文军
韩舜
唐丽
贾芳
曹培江
朱德亮
马晓翠
吕有明
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shenzhen University
Original Assignee
Shenzhen University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shenzhen University filed Critical Shenzhen University
Priority to CN201310744444.1A priority Critical patent/CN103730260B/zh
Publication of CN103730260A publication Critical patent/CN103730260A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103730260B publication Critical patent/CN103730260B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/542—Dye sensitized solar cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
  • Hybrid Cells (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

本发明公开了一种染料敏化太阳能电池ZnO复合光阳极的制备方法，即先在导电基底上生长出ZnO纳米线阵列，然后在纳米线之间的空隙中原位生长填充ZnO纳米颗粒。该制备方法提高了ZnO复合光阳极的比表面积，从而显著提高光电极的光电转换效率；同时，该纳米线垂直于基底定向生长，可提高电子传输速率。另外，该制备方法操作简单，无需烧结，且在ZnO纳米线阵列的空隙中生长纳米颗粒的反应时间短，降低成本，有利于此光阳极的工业化生产。而包括该ZnO复合光阳极的染料敏化太阳能电池也由于其光阳极具有上述诸多优点，使得其在太阳能电池领域中可广泛应用。

Description

染料敏化太阳能电池及其ZnO复合光阳极制备方法
技术领域
本发明涉及太阳能电池领域，尤其涉及一种染料敏化太阳能电池及其ZnO复合光阳极制备方法。
背景技术
染料敏化太阳能电池（Dye-sensitized solar cells,DSSC）是一种低成本、高转换效率的新型太阳能电池，自从1991年瑞士洛桑联邦理工学院的教授领导的研究小组在该领域获得突破以来，在世界各国引发了广泛、持续的研究热潮。对于太阳能电池，光生载流子的产生和复合是决定电池光电转换效率的关键因素。在小组最初提出的DSSC结构中，以多孔纳米TiO2颗粒膜作为光阳极，但是在这种电极中，由于存在大量的晶界和缺陷，电子的传输速度很慢，电子-空穴的复合几率很高，这些因素限制了电池光电转换效率的进一步提高。为了提高电子传输速度、降低复合几率，提出了直线电子传输的概念，即用垂直于基底定向生长的纳米线或纳米棒等一维纳米材料代替纳米颗粒作为光阳极，这类光阳极采用ZnO或TiO2纳米线作为电子传输的直接路径，将电子在光阳极中的传输速度提高了数百倍。但是在电子传输速度提高的同时，DSSC的转换效率并没有得到同步提高，这是因为与纳米颗粒膜相比，纳米线的比表面显著减小，所以吸附的染料分子数较少，对太阳光的捕获效率降低。为了在保持较高电子传输速度的前提下提高光阳极的比表面，可以采用纳米线-纳米颗粒复合结构。
制备纳米线-纳米颗粒复合结构有两类方法。第一类方法是先分别制备出纳米线和纳米颗粒，然后将两者相互混合得到复合结构。这类方法如果使用的纳米线是粉体，那么得到的复合结构中就无法保证纳米线在电极表面的垂直定向性，难以充分发挥这些纳米线的直线电子传输作用；如果使用的是已经沉积在基底上的纳米线或纳米线阵列，然后用旋涂或丝网印刷等方法填充纳米颗粒，那么纳米颗粒或是在纳米线之间的填充很不充分，电极的比表面提高得有限；或是完全堆积在纳米线阵列的顶端，无法形成对电子传输有利的纳米线-纳米颗粒复合结构，在这种结构中电子首先要在纳米颗粒膜中传输，然后再经过纳米线传输，传输路径反而比单纯的纳米颗粒膜更长，复合几率更大。第二类方法是先在基底上生长出纳米线阵列，然后在纳米线之间的空隙中原位生长纳米颗粒。现有技术公开的是采用化学浴法在60℃温度下制备ZnO纳米线-层状碱性醋酸锌/ZnO纳米颗粒复合结构，然而这种制备过程耗时长，获得最高光电转换效率的复合结构时，纳米颗粒的生长时间长达18小时，而且复合结构中的纳米颗粒既有ZnO又有层状碱性醋酸锌，其中层状碱性醋酸锌的存在不利于光电转换效率的提高。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种染料敏化太阳能电池ZnO纳米复合结构光阳极，旨在解决现有技术中在ZnO纳米线阵列的空隙中填充ZnO纳米颗粒的反应时间长，且ZnO纳米复合结构光阳极电子传输慢，光电转换效率低的技术问题。
为了实现上述发明目的，本发明的技术方案如下：
一种染料敏化太阳能电池ZnO复合光阳极的制备方法，包括如下步骤：
在导电基底上沉积ZnO纳米颗粒层；
以所述ZnO纳米颗粒层朝下的方式将所述载有ZnO纳米颗粒层的导电基底水平悬于Zn盐溶液中于80℃～95℃温度下进行反应，使得在ZnO纳米颗粒层表面生长ZnO纳米线阵列；
以所述ZnO纳米线阵列朝下的方式将所述载有ZnO纳米线阵列的导电基底水平悬于Zn盐的多元醇溶液中于130℃～220℃温度下进行反应，使在所述ZnO纳米线阵列空隙中原位生长ZnO纳米颗粒，直至溶液呈乳白状反应完毕，后进行清洗，干燥，得染料敏化太阳能电池ZnO复合光阳极。
以及，一种染料敏化太阳能电池，包括按照上述染料敏化太阳能电池ZnO复合光阳极的制备方法获得的光阳极。
上述染料敏化太阳能电池ZnO复合光阳极的制备方法采用多元醇法在ZnO纳米线阵列的空隙中充分填充ZnO纳米颗粒，提高ZnO复合光阳极的比表面积，从而显著提高光电转换效率；同时，该纳米线垂直于基底定向生长，可提高电子传输速率。另外，该制备方法步骤简单，无需烧结，且在ZnO纳米线阵列的空隙中生长纳米颗粒的反应时间短，降低成本，有利于此光阳极的工业化生产。
上述染料敏化太阳能电池以上述染料敏化太阳能电池ZnO复合光阳极的制备方法制备的染料敏化太阳能电池ZnO复合光阳极为光阳极，不仅使得该电池电子传输速度快，且光电转换效率高，有利于在太阳能电池领域中得到广泛应用。
附图说明
图1为本发明实施例1的染料敏化太阳能电池ZnO复合光阳极的扫描电镜俯视图；
图2为本发明实施例1的染料敏化太阳能电池ZnO复合光阳极的扫描电镜断面图；
图3为本发明实施例1的染料敏化太阳能电池ZnO复合光阳极的断面高放大倍数扫描电镜图；
图4为对比例1的染料敏化太阳能电池ZnO纳米线光阳极的扫描电镜俯视图；
图5为对比例1的染料敏化太阳能电池ZnO纳米线光阳极的扫描电镜断面图；
图6为以实施例1与2制备的染料敏化太阳能电池ZnO复合光阳极及对比例1制备的染料敏化太阳能电池ZnO纳米线阵列分别组装的DSSC的电流密度(纵坐标)-电压(横坐标)关系曲线图，其中，曲线(a)对应实施例1制备的染料敏化太阳能电池ZnO复合光阳极；曲线(b)对应实施例2制备的染料敏化太阳能电池ZnO复合光阳极；曲线(c)对应对比例1制备的染料敏化太阳能电池ZnO纳米线阵列光阳极。
具体实施方式
为了使本发明要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例与附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例提供一种染料敏化太阳能电池ZnO复合光阳极的制备方法，包括如下步骤：
S01.在导电基底上沉积ZnO纳米颗粒层；
S02.以上述制备的ZnO纳米颗粒层朝下的方式将载有ZnO纳米颗粒层的导电基底水平悬于Zn盐溶液中于80℃～95℃温度下进行反应，使得在ZnO纳米颗粒层表面生长ZnO纳米线阵列；
S03.以上述ZnO纳米线阵列朝下的方式将载有ZnO纳米线阵列的导电基底水平悬于Zn盐的多元醇溶液中于130℃～220℃温度下进行反应，直至溶液呈乳白状反应完毕，后对产物进行清洗干燥，得染料敏化太阳能电池ZnO复合光阳极。
本发明实施例的所有步骤中，作为反应前驱体的Zn盐优选为水合硝酸锌、水合醋酸锌中的任一种，此类Zn盐可与水中的氧发生化学键合而连接在一起，促进水合Zn盐的水解产生Zn(OH)2，并进一步分解产生ZnO。
上述步骤S01中，为简化实验，且控制纳米颗粒的粒径以期获得较大的比表面积，上述制备ZnO纳米颗粒的方法优选为溶胶-凝胶法、喷雾水解法、磁控溅射法中的任一种。进一步地，由于溶胶-凝胶法所需实验环境较为温和，生产成本低廉，步骤S01制备ZnO纳米颗粒的方法优选为溶胶-凝胶法。
具体地，上述在导电基底上沉积ZnO纳米颗粒层的步骤分为两步：
(1)采用溶胶-凝胶法制备Zn盐-乙二醇甲醚溶胶；
(2)以旋涂-热处理方法在所述导电基底上沉积ZnO纳米颗粒层。
其中，步骤(1)的方法具体为：以二水合醋酸锌与单乙醇胺等摩尔比溶于溶剂乙二醇甲醚中配制醋酸锌溶液，密封后放入水浴中恒温搅拌，直至得到无色透明的溶胶，静置数小时后待用。该二水合醋酸锌为反应前驱体，在溶剂乙二醇甲醚中二水合醋酸锌发生水解形成Zn(OH)2中间体，而单乙醇胺作为稳定剂保持溶胶呈碱性，使Zn(OH)2中间体得以稳定存在。因此，步骤(1)得到的溶胶为Zn(OH)2-乙二醇甲醚溶胶。
上述导电基底在光阳极中的主要功能为：收集与传输电子、透光以及支撑ZnO纳米材料。故作为ZnO纳米复合结构光阳极的基底应满足以下三个条件：电子的良好导体；至少基底材料的一面具有良好的透光性；能够支撑光阳极。且在满足以上三个条件的基础上为追求更好的导电性、更轻的质量、良好的透光性、更强的机械柔韧性能及更高的化学稳定性及较低的生产成本，上述导电基底优选为包括以ITO、FTO、AZO、IMO中任一种为透明导电膜的硬质基底或沉积有一层透明导电薄膜的PET、PEN、PI、PC、PPA、PMMA中的任一种柔性基底，其中，透明导电薄膜的材质为ITO、FTO、AZO、IMO中的任一种。在具体实施例中，该导电基底为FTO导电玻璃。
步骤(2)的旋涂-热处理方法为：在上述导电基底上以一定的转速旋涂上述Zn(OH)2-乙二醇甲醚溶胶，并在230℃～350℃温度下恒温预热，后升温至400℃～500℃温度下恒温热处理1h，且该旋涂-热处理方法可重复多次进行。该方法中，Zn(OH)2的分解温度为220℃，而单乙醇胺、乙二醇甲醚的沸点都低于220℃，为使Zn(OH)2的分解充分且溶胶中的单乙醇胺、乙二醇甲醚也随之蒸发，步骤(2)的反应温度先控制为230℃～350℃，此时产生ZnO晶粒，之后，逐渐升温至400℃～500℃下并恒温一段时间，使得ZnO晶粒择优沿c轴垂直于基底方向进一步长大，直至在导电基底上沉积一层致密的ZnO纳米颗粒层。
上述在导电基底上沉积的ZnO纳米颗粒层不仅可作为后续生长ZnO纳米线阵列的晶种层，而且在DSSC中可以起到阻挡层的作用，防止导电基底与电解质接触，减少电子-空穴之间的复合。
上述步骤S02的具体操作为：以ZnO纳米颗粒层朝下的方式将载有ZnO纳米颗粒层的导电基底水平悬于Zn盐溶液中，密封处理后放入烘箱，加热至80～95℃恒温48小时，且每6小时更换一次Zn盐溶液，得ZnO纳米线阵列。
作为优选实施例，上述步骤S02中，Zn盐溶液的浓度优选为0.005～0.05mol/L。这是因为浓度过大，获得的ZnO纳米线较粗且纳米线之间的空隙较小，不利于获得高比表面积的ZnO复合结构；而浓度太小，Zn2+浓度低，纳米线生长速度慢，且易导致ZnO纳米线的结晶质量不高、强度不够,降低光阳极的光电转化效率。在具体实施例中，该Zn盐溶液为六水合硝酸锌与六亚甲基四胺配制而成的水溶液。且为提供充足的Zn源，该水溶液每6小时更换一次。其中，六亚甲基四胺作为一种缓冲试剂调节溶液的pH值，保持溶液呈弱酸性。
具体地，上述在ZnO纳米颗粒晶种层上生长ZnO纳米线阵列的机理为：当加热至80～95℃时，六亚甲基四胺受热缓慢分解释放出HCHO和NH3，NH3水解产生OH-，然后Zn2+与OH-反应生成Zn(OH)2，Zn(OH)2进一步分解产生ZnO。另外，由于ZnO纳米颗粒晶种层是以c轴垂直于基底择优取向生长的，新生成的ZnO将继续沿该方向择优生长，同时六亚甲基四胺及其分解产生的HCHO和NH3在ZnO晶面上的选择性吸附可以抑制ZnO晶粒在垂直于c轴方向上的生长，最终形成垂直于基底的纳米线阵列。这样，保证了形成的纳米线在电极表面的垂直定向性，即纳米线得以充分发挥直线电子传输作用。此外，为了确保在基底上沉积的ZnO是通过在基底表面异相成核生长得到的，而不是经由溶液中的均相成核生长然后沉积在基底上，以ZnO纳米颗粒晶种层朝下的方式将载有ZnO纳米颗粒晶种层的基底水平悬于Zn盐溶液中生长ZnO纳米线阵列。
由于步骤S02中制备的纳米线之间存在空隙，其形成的光阳极的比表面积提高得有限，不利于在此基础上组装成的DSSC的光电转换效率，因此需要在纳米线之间的空隙填充纳米颗粒。在步骤S03中，本发明实施例采用多元醇法在ZnO纳米线之间的空隙中原位生长ZnO纳米颗粒。
作为优选实施例，多元醇优选为一缩二乙二醇、二缩三乙二醇、三缩四乙二醇以及分子量不超过400的聚乙二醇中的任一种。这样，在具体实施实例中，水合醋酸锌水解产生Zn(OH)2与H+，H+与醋酸根结合形成醋酸，醋酸进一步与多元醇中的羟基酯化，由此可加速Zn(OH)2和ZnO的生成速率。另一方面，多元醇通过螯合作用覆盖在ZnO晶粒表面，可以有效抑制晶粒的长大，有利于获得粒径小、比表面积高的ZnO纳米颗粒。
上述步骤S03中，Zn盐的多元醇溶液的浓度优选为0.005～0.10mol/mL。这是因为浓度过高，将导致填充在纳米线阵列空隙中的ZnO颗粒粒径显著增大，不利于比表面积的提高；浓度过低，Zn盐的水解速度变得非常缓慢，反应耗时长且难以获得ZnO颗粒填充程度高的复合结构。以ZnO纳米线阵列朝下的方式将载有ZnO纳米线阵列的导电基底水平悬于Zn盐的多元醇溶液中的作用也与步骤S02中的类似，在此不再赘述。
在具体实施例中，由于一缩二乙二醇的沸点为245℃，且为加快Zn盐的水解速率，步骤S03的恒定温度控制为130℃～220℃。另外，该恒温的时间随恒定温度不同而不同，恒定温度越高，时间愈短，当出现乳白状时反应完毕，取出导电基体，用无水乙醇、丙酮分别冲洗数次，目的在于除去残留的一缩二乙二醇以及其他副产物，后晾干即得染料敏化太阳能电池ZnO复合光阳极。
与现有技术相比，由步骤S03制备的染料敏化太阳能电池ZnO复合光阳极不需要进行烧结，可操作性强，且在恒温时间为5min～3h下即可观察到乳白状的现象，大幅度缩减了反应时间，为该制备方法的工业化应用降低了成本，具有极大的经济价值。另外，获得的染料敏化太阳能电池ZnO复合光阳极的纳米颗粒粒径仅为10～20nm，提高了光阳极的比表面积。
综上，上述染料敏化太阳能电池ZnO复合光阳极的制备方法先在ZnO基底上生长出纳米线阵列，然后在ZnO纳米线之间的空隙中原位生长ZnO纳米颗粒，这样，既保证电子沿ZnO纳米线的直线传输，提高电子的传输速率，又通过填充加大光阳极的比表面积，显著提高光电极的光电转换效率，且空隙中的纳米颗粒粒径小，填充率高，有利于比表面积的增大。另外，该制备方法操作简单，无需烧结，且在ZnO纳米线阵列的空隙中生长纳米颗粒的反应时间短，降低成本，有利于此光阳极的工业化生产。
相应地，本发明实施例还提供一种染料敏化太阳能电池，包括按照上述染料敏化太阳能电池ZnO复合光阳极的制备方法获得的光阳极。在具体实施例中，由上述染料敏化太阳能电池ZnO复合光阳极组装而成的染料敏化太阳能电池吸附的染料分子数多，对太阳光的捕获效率大，使得该电池电子传输速度快，且光电转换效率高，有利于在太阳能电池领域中得到广泛应用。
现以染料敏化太阳能电池ZnO复合光阳极的制备方法为例，对本发明进行进一步详细说明。
实施例1
图1～3提供了由实施例1制备的染料敏化太阳能电池ZnO复合光阳极的扫描电镜图，其中，1表示纳米线，2表示纳米颗粒。相应地，制备该染料敏化太阳能电池ZnO复合光阳极的方法包括如下步骤：
S11.将二水合醋酸锌和单乙醇胺按1:1的摩尔比溶于乙二醇甲醚中配制成浓度为0.075mol/L的醋酸锌溶液，密封后放入水浴中恒温60℃磁力搅拌3小时，得到无色透明溶胶，静置24小时后待用；以5000r/min的转速将无色透明溶胶旋涂在清洗干净的FTO导电玻璃上，后在300℃温度下热处理30分钟，此旋涂-热处理步骤重复3次；最后，在400℃下热处理1小时，得到一层致密的ZnO纳米颗粒层。
S12.分别配制0.05mol/L六水合硝酸锌和0.05mol/L六亚甲基四胺的水溶液，等体积混合后作为生长ZnO纳米线阵列的生长液装入带旋盖的玻璃瓶中。将上述沉积有ZnO纳米颗粒层的FTO导电玻璃以ZnO纳米颗粒层朝下的方式悬挂于生长液中，盖紧瓶盖后放入烘箱中在95℃恒温加热，每6小时更换一次生长液，总反应时间为48小时，得到长度约为10.4μm的ZnO纳米线阵列。
S13.配制0.01mol/L的二水合醋酸锌的一缩二乙二醇溶液，将上述生长有ZnO纳米线阵列的FTO导电玻璃以ZnO纳米线阵列面朝下的方式悬挂于该溶液中，在搅拌下用油浴140℃恒温回流加热约3小时后溶液呈现白色浑浊状，取出导电玻璃，用无水乙醇和丙酮分别冲洗数次，干燥，得到染料敏化太阳能电池ZnO复合光阳极。
实施例2
一种染料敏化太阳能电池ZnO复合光阳极的制备方法，与上述实施例1的步骤基本相同，区别在于：本实施例的S22步骤中，六水合硝酸锌和六亚甲基四胺的水溶液的浓度改为0.025mol/L，得到长度约为6.0μm的ZnO纳米线阵列。
即，S22的具体操作如下：
分别配制0.025mol/L六水合硝酸锌和0.025mol/L六亚甲基四胺的水溶液，等体积混合后作为生长ZnO纳米线阵列的生长液装入带旋盖的玻璃瓶中。将上述沉积有ZnO纳米颗粒层的FTO导电玻璃以ZnO纳米颗粒层朝下的方式悬挂于生长液中，盖紧瓶盖后放入烘箱中在95℃恒温加热，每6小时更换一次生长液，总反应时间为48小时，得到长度约为6.0μm的ZnO纳米线阵列。
对比例1
图4和图5分别提供了由对比例1制备的染料敏化太阳能电池ZnO纳米线光阳极的扫描电镜的俯视图和断面图。相应地，该染料敏化太阳能电池ZnO纳米线阵列光阳极的制备方法，与上述实施例1的步骤基本相同，区别在于：本对比例的制备步骤只包括D11与D12。即，本对比例的制备方法具体如下：
D11.将二水合醋酸锌和单乙醇胺按1:1的摩尔比溶于乙二醇甲醚中配制成浓度为0.075mol/L的醋酸锌溶液，密封后放入水浴中恒温60℃磁力搅拌3小时，得到无色透明溶胶，静置24小时后待用；以5000r/min的转速将无色透明溶胶旋涂在清洗干净的FTO导电玻璃上，后在300℃温度下热处理30分钟，此旋涂-热处理步骤重复3次；最后，在400℃下热处理1小时，得到一层致密的ZnO纳米颗粒层。
D12.分别配制0.05mol/L六水合硝酸锌和0.05mol/L六亚甲基四胺的水溶液，等体积混合后作为生长ZnO纳米线阵列的生长液装入带旋盖的玻璃瓶中。将上述沉积有ZnO纳米颗粒层的FTO导电玻璃以ZnO纳米颗粒层朝下的方式悬挂于生长液中，盖紧瓶盖后放入烘箱中在95℃恒温加热，每6小时更换一次生长液，总反应时间为48小时，得到长度约为10.4μm的ZnO纳米线阵列，即为染料敏化太阳能电池ZnO纳米线光阳极。
电极性能测试
将上述实施例1、2制备的染料敏化太阳能电池ZnO复合光阳极及对比例1制备的染料敏化太阳能电池ZnO纳米线阵列光阳极分别成组装DSSC，具体实验步骤如下：
(1)将上述实施例1、2及对比例1各自制备的光阳极在真空干燥箱中120℃真空干燥3小时，待温度降至80℃后，迅速放入浓度为0.5mmol/L的N719染料敏化剂的无水乙醇溶液中浸泡3小时，取出后用无水乙醇充分清洗，去除多余的染料，得敏化后的光电极。
(2)以体积比为85:15的乙腈和戊腈为溶剂，配制含1.0mol/L1,3-二甲基咪唑碘化物、0.03mol/L碘、0.05mol/L无水碘化锂、0.5mol/L4-叔丁基吡啶和0.1mol/L异硫氰酸胍的混合溶液，该混合液即为电解液，后以镀有Pt黑的FTO导电玻璃为对电极，将此电解液、对电极与上述步骤(1)获得的敏化后的光阳极组装成电池。
然后，将按照上述步骤组装的DSSC进行性能测试，具体测试步骤如下：
以500W氙灯为光源，在辐照光功率为100mW/cm2，电池受光面积为0.25cm2条件下，测量由实施例1、2及对比例1的光电极组装而成的DSSC的短路电流密度Jsc、开路电压Voc、光电转换效率η及填充因子FF，测量结果如下表1所示，并以电压、电流密度分别为横、纵坐标作电压-电流密度关系曲线，如图6所示。
表1
结合上表1及图6可知，实施例1、2制备的染料敏化太阳能电池ZnO复合光阳极组装而成的DSSC电池与对比例1制备的ZnO纳米线阵列光阳极组装的DSSC电池相比，前者的短路电流密度、开路电压、光电转化效率及填充因子都有明显的提高，这是由于在纳米线的空隙中填充了纳米颗粒后加大光阳极的比表面积，有利于染料敏化太阳能电池吸附较多的染料分子，对太阳光的捕获效率加大，从而大幅提高电池的光电转换效率；实施例2与实施例1相比，虽然实施例2的短路电流密度及光电转化效率较低，但实施例2的填充因子大，这是由于实施例2制备的纳米线的长度为6.0μm，明显短于实施例1的10.4μm，所以其短路电流密度和光电转换效率较低。但实施例2的纳米线阵列是在比实施例1较低浓度的生长液中制备的，纳米线阵列比实施例1稀疏，在相同条件下有利于填充更多的纳米颗粒，获得更高的填充因子和单位长度上的短路电流密度。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种染料敏化太阳能电池ZnO复合光阳极的制备方法，包括如下步骤：
在导电基底上沉积ZnO纳米颗粒层；
以所述ZnO纳米颗粒层朝下的方式将所述载有ZnO纳米颗粒层的导电基底水平悬于Zn盐溶液中于80℃～95℃温度下进行反应，使得在ZnO纳米颗粒层表面生长ZnO纳米线阵列；所述Zn盐溶液为六水合硝酸锌与六亚甲基四胺配制成的水溶液；
以所述ZnO纳米线阵列朝下的方式将所述载有ZnO纳米线阵列的导电基底水平悬于Zn盐的多元醇溶液中于130℃～220℃温度下进行反应，使在所述ZnO纳米线阵列空隙中原位生长ZnO纳米颗粒，直至溶液呈乳白状反应完毕，后进行清洗，干燥，得染料敏化太阳能电池ZnO复合光阳极。
2.根据权利要求1所述的染料敏化太阳能电池ZnO复合光阳极的制备方法，其特征在于，所述Zn盐溶液的Zn盐浓度为0.005～0.05mol/L；和/或所述Zn盐的多元醇溶液的Zn盐浓度为0.005～0.10mol/L。
3.根据权利要求1所述的染料敏化太阳能电池ZnO复合光阳极的制备方法，其特征在于，所述多元醇为一缩二乙二醇、二缩三乙二醇、三缩四乙二醇以及分子量不超过400的聚乙二醇中的任一种。
4.根据权利要求1所述的染料敏化太阳能电池ZnO复合光阳极的制备方法，其特征在于，在所述导电基底上沉积ZnO纳米颗粒层的方法为溶胶-凝胶法、喷雾水解法、磁控溅射法中的任一种。
5.根据权利要求4所述的染料敏化太阳能电池ZnO复合光阳极的制备方法，其特征在于，在所述导电基底上沉积ZnO纳米颗粒层的方法为：采用所述溶胶-凝胶法制备Zn盐-乙二醇甲醚溶胶，后以旋涂-热处理方法在所述导电基底上沉积ZnO纳米颗粒层。
6.根据权利要求5所述的染料敏化太阳能电池ZnO复合光阳极的制备方法，其特征在于，所述旋涂-热处理方法为：在所述导电基底上旋涂所述Zn盐-乙二醇甲醚溶胶，并在230℃～350℃温度下恒温预热，后在400℃～500℃温度下热处理；所述旋涂-热处理方法至少重复一次进行。
7.根据权利要求1～6任一项所述的染料敏化太阳能电池ZnO复合光阳极的制备方法，其特征在于，所述导电基底包括以ITO、FTO、AZO、IMO中任一种为透明导电膜的硬质基底或沉积有一层透明导电薄膜的PET、PEN、PI、PC、PPA、PMMA中的任一种柔性基底。
8.根据权利要求1～6任一项所述的染料敏化太阳能电池ZnO复合光阳极的制备方法，其特征在于，在所述ZnO纳米线阵列空隙中原位生长ZnO纳米颗粒的粒径为10～20nm。
9.一种染料敏化太阳能电池，包括光阳极，其特征在于：所述光阳极为权利要求1～8任一项所述的染料敏化太阳能电池ZnO复合光阳极的制备方法获得的染料敏化太阳能电池ZnO复合光阳极。
CN201310744444.1A 2013-12-30 2013-12-30 染料敏化太阳能电池及其ZnO复合光阳极制备方法 Active CN103730260B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310744444.1A CN103730260B (zh) 2013-12-30 2013-12-30 染料敏化太阳能电池及其ZnO复合光阳极制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310744444.1A CN103730260B (zh) 2013-12-30 2013-12-30 染料敏化太阳能电池及其ZnO复合光阳极制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103730260A CN103730260A (zh) 2014-04-16
CN103730260B true CN103730260B (zh) 2016-11-02

Family

ID=50454293

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201310744444.1A Active CN103730260B (zh) 2013-12-30 2013-12-30 染料敏化太阳能电池及其ZnO复合光阳极制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN103730260B (zh)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104944365B (zh) * 2015-06-30 2016-09-21 深圳大学 一种光纤生长氧化锌纳米线及其制备方法和装载模具
CN105185596B (zh) * 2015-09-30 2017-03-29 景德镇陶瓷大学 一种基于多级结构ZnO微球光阳极的制备方法及其制得的光阳极
CN105845444A (zh) * 2016-05-25 2016-08-10 东南大学 过渡金属硫化物对电极的制备及应用
CN106971852A (zh) * 2017-04-14 2017-07-21 上海为然环保科技有限公司 一种改进型光阳极结构的染料敏化太阳能电池
CN108155019B (zh) * 2017-12-22 2019-11-12 河南大学 一种三维分级结构ZnO薄膜及其在敏化太阳能电池中的应用
CN108346516A (zh) * 2018-03-30 2018-07-31 程桂平 一种太阳能电池的光阳极的制作方法
CN108428749A (zh) * 2018-03-30 2018-08-21 程桂平 一种太阳能电池的光阳极的制作方法
CN114127029A (zh) * 2019-10-23 2022-03-01 三菱综合材料株式会社 氧化物溅射靶

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101800130A (zh) * 2010-04-19 2010-08-11 西安交通大学 氧化锌纳米结构染料敏化太阳能电池复合光阳极的制备方法
CN102324316A (zh) * 2011-07-26 2012-01-18 常州大学 一种复合光阳极及其制备方法
CN102881462A (zh) * 2012-09-20 2013-01-16 太原理工大学 一种ZnO纳米棒阵列/纳米颗粒团聚微球复合膜的制备方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101800130A (zh) * 2010-04-19 2010-08-11 西安交通大学 氧化锌纳米结构染料敏化太阳能电池复合光阳极的制备方法
CN102324316A (zh) * 2011-07-26 2012-01-18 常州大学 一种复合光阳极及其制备方法
CN102881462A (zh) * 2012-09-20 2013-01-16 太原理工大学 一种ZnO纳米棒阵列/纳米颗粒团聚微球复合膜的制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Three-dimensional ZnO nanodendrite/nanoparticle composite solar cells;Chun-Te Wu等;《Journal of Materials Chemistry》;20110119;第21卷(第9期);第2871-2876页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN103730260A (zh) 2014-04-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103730260B (zh) 染料敏化太阳能电池及其ZnO复合光阳极制备方法
Kumar et al. Zinc oxide nanostructure-based dye-sensitized solar cells
Xu et al. Solution-derived ZnO nanostructures for photoanodes of dye-sensitized solar cells
Qi et al. Electrochemical synthesis of CdS/ZnO nanotube arrays with excellent photoelectrochemical properties
CN101976611B (zh) TiO2纳米线阵列薄膜光阳极及其制备方法
CN104966781B (zh) 一种钙钛矿纳米纤维膜太阳能电池及其制备方法
Schlur et al. Optimization of a new ZnO nanorods hydrothermal synthesis method for solid state dye sensitized solar cells applications
CN101916670B (zh) 一种TiO2纳米花薄膜光阳极及其制备方法
CN102723208B (zh) 一维氧化锌-二氧化钛核壳结构复合纳米线阵列的制备方法
Hao et al. A novel semiconductor-sensitized solar cell based on P3HT@ CdS@ TiO2 core-shell nanotube array
Zhang et al. Enhanced photocatalytic property of γ-CsPbI3 perovskite nanocrystals with WS2
CN105514276B (zh) 一种介孔状钙钛矿光伏材料及其制备方法
CN107068872A (zh) 一种制备钙钛矿Cs3Bi2I9薄膜电池的方法
CN103871750B (zh) 锐钛矿TiO2纳米树状阵列及其在太阳能电池制备中的应用
CN102153138A (zh) 一种基于纳米棒和纳米颗粒组成的分等级二氧化钛微米球
CN106536531A (zh) 有机‑无机混合钙钛矿化合物、其制备方法及包含其的太阳能电池
CN106384784A (zh) 一种复合电子传输层结构的钙钛矿太阳能电池
CN104282847A (zh) 一种可扰式钙钛矿型有机卤化物薄膜太阳能电池光阳极制备方法
CN102544378A (zh) 一种基于ZnO同质核壳结构纳米棒阵列的有机/无机杂化太阳电池及其制备方法
CN104167293B (zh) 一种染料敏化太阳能电池光阳极及其制备方法
CN103137868B (zh) 一种基于三元纳米阵列的有机/无机杂化太阳电池及其制备方法
CN109273601A (zh) 一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法
Thambidurai et al. Chemical bath deposition of ZnO nanorods for dye sensitized solar cell applications
CN104952627A (zh) 量子点敏化太阳电池及其制备方法
CN105870338A (zh) 一种含铜的有机无机钙钛矿量子点太阳能电池的制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant