CN105405656A - 一种分等级结构Zn2SnO4及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种分等级结构Zn2SnO4及其应用，其具体是在五水合四氯化锡溶液中依次加入四甲基氢氧化铵溶液和醋酸锌溶液，经水热反应后再进行煅烧，得到所述分等级结构Zn2SnO4。所得分等级结构Zn2SnO4具有较大的比表面积，能吸附更多的染料，并具有更好的散射作用，可增加光捕获效率和电荷收集效率，适用于作为染料敏化太阳能电池的光阳极材料。
Description
技术领域
本发明属于太阳能电池材料技术领域，具体涉及一种分等级结构Zn2SnO4及其应用。
背景技术
染料敏化纳米太阳能电池以其成本低廉、工艺简单、对光强和温度的变化不敏感、光电转化效率较高等优势，极有可能取代硅基太阳能电池而在未来的太阳能电池市场占据一定的位置。从目前研究结果来看，Zn2SnO4（带隙为3.6eV）在紫外光下具有良好的光稳定性以及很强的耐酸性，性能与简单的二元氧化物ZnO和SnO2完全不同；而Zn2SnO4电子迁移率为10-15cm2V-1s-1，远大于TiO2（<1cm2V-1s-1），是一种较为理想的电极材料。同时，分等级结构的Zn2SnO4更因其较大的比表面积和较强的散射作用成为研究的热点。但是，一般分等级结构Zn2SnO4的制备需要较严苛的实验条件或较复杂的合成方法，而以四甲基氢氧化铵为矿化剂和表面活性剂合成分等级结构的多孔Zn2SnO4的方法比较简单，但至今还未有以四甲基氢氧化铵为矿化剂和表面活性剂制备染料敏化太阳能电池光阳极材料的相关报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种分等级结构Zn2SnO4及其应用，所得分等级结构锡酸锌具有较大的比表面积，能吸附更多的染料，并具有更好的散射作用，可增加光捕获效率和电荷收集效率。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种分等级结构Zn2SnO4，其制备方法包括以下步骤：
1）将0.75-1.5g五水合四氯化锡溶于15-30mL去离子水中，得到澄清的溶液A；另将1-3g醋酸锌溶于15-30mL去离子水中，得到澄清的溶液B；
2）向溶液A中依次滴加5-15mL质量浓度为25%的四甲基氢氧化铵溶液和预先制备的溶液B，得到乳白色液体；
3）将步骤2）所得乳白色液体转移到反应釜中，200-250℃下水热反应1-30h，得到白色沉淀；4）将所得白色沉淀用去离子水离心洗涤2次，再用乙醇离心洗涤1次，然后放入马弗炉中，以5℃/min的速率升温至600-800℃，恒温煅烧5h，得到所述分等级结构Zn2SnO4。
所述分等级结构Zn2SnO4可用于制备染料敏化太阳能电池中的光阳极。
本发明的优点在于：锡酸锌是一种很好的半导体材料，本发明以四甲基氢氧化铵为矿化剂和表面活性剂合成分等级结构锡酸锌，其合成过程简单，所得分等级结构锡酸锌具有较大的比表面积，能吸附更多的染料，并具有更好的散射作用，可增加光捕获效率和电荷收集效率，适用于作为染料敏化太阳能电池的光阳极材料。
本发明首次提供了以四甲基氢氧化铵为矿化剂和表面活性剂制备分等级多孔光阳极材料的方法，其制备方法简单，可降低生产成本，具有较好的经济效益。
附图说明
图1为本发明所制备分等级结构Zn2SnO4的扫描电镜图。
图2为本发明所制备分等级结构Zn2SnO4的粉末衍射图。
图3为本发明所制备分等级结构Zn2SnO4的光电性能图。
具体实施方式
为了使本发明所述的内容更加便于理解，下面结合具体实施方式对本发明所述的技术方案做进一步的说明，但是本发明不仅限于此。
实施例1
1）将0.75g五水合四氯化锡溶于15mL去离子水中，得到澄清的溶液A；另将1g醋酸锌溶于15mL去离子水中，得到澄清的溶液B；
2）向溶液A中依次滴加5mL质量浓度为25%的四甲基氢氧化铵溶液和预先制备的溶液B，得到乳白色液体；
3）将步骤2）所得乳白色液体转移到反应釜中，200℃下水热反应30h，得到白色沉淀；4）将所得白色沉淀用去离子水离心洗涤2次，再用乙醇离心洗涤1次，然后放入马弗炉中，以5℃/min的速率升温至600℃，恒温煅烧5h，得到所述分等级结构Zn2SnO4。
实施例2
1）将1.0g五水合四氯化锡溶于20mL去离子水中，得到澄清的溶液A；另将2g醋酸锌溶于25mL去离子水中，得到澄清的溶液B；
2）向溶液A中依次滴加10mL质量浓度为25%的四甲基氢氧化铵溶液和预先制备的溶液B，得到乳白色液体；
3）将步骤2）所得乳白色液体转移到反应釜中，220℃下水热反应15h，得到白色沉淀；4）将所得白色沉淀用去离子水离心洗涤2次，再用乙醇离心洗涤1次，然后放入马弗炉中，以5℃/min的速率升温至700℃，恒温煅烧5h，得到所述分等级结构Zn2SnO4。
实施例3
1）将1.5g五水合四氯化锡溶于30mL去离子水中，得到澄清的溶液A；另将3g醋酸锌溶于30mL去离子水中，得到澄清的溶液B；
2）向溶液A中依次滴加15mL质量浓度为25%的四甲基氢氧化铵溶液和预先制备的溶液B，得到乳白色液体；
3）将步骤2）所得乳白色液体转移到反应釜中，250℃下水热反应1h，得到白色沉淀；4）将所得白色沉淀用去离子水离心洗涤2次，再用乙醇离心洗涤1次，然后放入马弗炉中，以5℃/min的速率升温至800℃，恒温煅烧5h，得到所述分等级结构Zn2SnO4。
图1为本发明实施例1制得的分等级结构Zn2SnO4的扫描电镜图，由图1可见，本发明分等级结构Zn2SnO4是由片状插成八面体结构，直径在1μm左右。图2为所制备分等级结构Zn2SnO4的粉末衍射图，由图2可见，其最高峰强对应着（3,1,1）晶面，证明合成的样品为Zn2SnO4。
以所制备的分等级结构Zn2SnO4为光阳极膜，将其浸入0.3-0.5mMN719与0.3-0.5mMD131混合染料中敏化48小时，然后将其与Pt对电极、聚乙烯隔膜组装成开放式三明治结构的染料敏化太阳能电池，并在光阳极和对电极之间的空腔中注入含0.6M1,2-二甲基,3-乙基碘化咪唑(DMPI)、0.05M碘(I2)、0.1M碘化锂(LiI)，1M叔丁基吡啶(TBP)的乙腈溶液作为电解液，进行光电性能测试，其结果见图3。由图3可见，在100mW/cm2的光强、AM1.5的条件下，其电流密度为6.49mA·cm-2，开路电压为0.70V，填充因子为0.68，最高光电转换效率为3.1%。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (2)
1.一种分等级结构Zn2SnO4，其特征在于：其制备方法包括以下步骤：
1）将0.75-1.5g五水合四氯化锡溶于15-30mL去离子水中，得到澄清的溶液A；另将1-3g醋酸锌溶于15-30mL去离子水中，得到澄清的溶液B；
2）向溶液A中依次滴加5-15mL质量浓度为25%的四甲基氢氧化铵溶液和预先制备的溶液B，得到乳白色液体；
3）将步骤2）所得乳白色液体转移到反应釜中，200-250℃下水热反应1-30h，得到白色沉淀；4）将所得白色沉淀用去离子水离心洗涤2次，再用乙醇离心洗涤1次，然后放入马弗炉中，以5℃/min的速率升温至600-800℃，恒温煅烧5h，得到所述分等级结构Zn2SnO4。
2.一种如权利要求1所述分等级结构Zn2SnO4的应用，其特征在于：用于作为染料敏化太阳能电池的光阳极材料。
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