一种海胆状Zn/ZnO微纳结构电极及其制备方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN102332358A*(12)发明专利申请(10)申请公布号CN102332358A(43)申请公布日2012.01.25(21)申请号201110316353.9B82Y40/00(2011.01)(22)申请日2011.10.18(71)申请人合肥工业大学地址230009安徽省合肥市屯溪路193号(72)发明人陈翌庆郭太波刘利柱(74)专利代理机构安徽省合肥新安专利代理有限责任公司34101代理人汪祥虬(51)Int.Cl.H01G9/04(2006.01)H01G9/20(2006.01)H01M14/00(2006.01)H01L51/44(2006.01)H01L51/48(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图6页(54)发明名称一种海胆状Zn/ZnO微纳结构电极及其制备方法(57)摘要本发明公开了一种染料敏化太阳能电池的海胆状Zn/ZnO微纳结构电极及其制备方法，以氩气为传输保护气体，以锌粉为蒸发源700～800℃热蒸发，在450～410℃低温区F掺SnO2透明导电玻璃上沉积形成金属Zn微球阵列；在马弗炉中450～520℃保温3～5h；最后在0.3mmol/L的N719染料的无水乙醇溶液中浸泡，即形成由粘附在导电玻璃上的Zn微球及从其表面向各个方向发散分布的ZnO纳米线的海胆状Zn/ZnO微纳结构的染料敏化太阳能电池的光阳极。这种微纳结构有效提高Zn球与透明导电基板的粘结度，相比于一维纳米线具有更大的比表面积，增大了对染料的吸附量，从而提高了光电转换效率。CN102358ACCNN110233235802332371A权利要求书1/1页1.一种染料敏化太阳能电池用海胆状Zn/ZnO微纳结构电极的制备方法，其特征在于：在真空度为2～20Torr的管式炉中，以流量为20～30sccm的氩气为传输保护气体，以质量分数不低于99％的锌粉为蒸发源，加热到700～800℃进行热蒸发，在温度为450～410℃的低温区的F掺SnO2透明导电玻璃上沉积形成微米尺度的金属Zn微球阵列；然后在马弗炉中空气气氛下在450～520℃保温3～5h，得到粘附在透明导电玻璃基底上的Zn/ZnO微纳结构电极；最后在浓度为0.3mmol/L的N719染料的无水乙醇溶液中浸泡不少于2h，即形成基于海胆状Zn/ZnO微纳结构的染料敏化太阳能电池的光阳极。2.权利要求1所述方法制备的染料敏化太阳能电池的海胆状Zn/ZnO微纳结构电极，其特征在于该Zn/ZnO微纳结构是由粘附在F掺SnO2透明导电玻璃基底上的直径为20～150um的Zn微球，及从Zn微球表面向各个方向发散分布的、长度为4～8um、直径100～200nm的ZnO纳米线所构成的海胆状Zn/ZnO微纳结构。2CCNN110233235802332371A说明书1/4页一种海胆状Zn/ZnO微纳结构电极及其制备方法技术领域[0001]本发明属于太阳能电池电极材料技术领域，具体涉及染料敏化太阳能电池用海胆状Zn/ZnO微纳结构电极及其制备方法。背景技术[0002]染料敏化太阳能电池(DyeSensitizedSolarCells，简称DSSC)由于其成本低廉、容易制备，被认为是硅太阳能电池最有力的替代者，成为新一代的太阳能电池。作为染料敏化太阳能电池的关键部件-半导体电极(如TiO2，ZnO)，人们对其性能进行了大量研究。据德国期刊(AdvancedMaterials，2009，21，4087-4108)所公开的研究表明，宽禁带半导体材料ZnO的载流子迁移率比TiO2高将近10倍，而且一维ZnO纳米结构作为光阳极，可以加快光生电子-空穴的分离，明显降低在输运过程中的复合几率，并通过其相应的一维结构路径提高电子传输和收集，同时有利于在电解质中I-/I3-的传输，减小电池的内阻，这些都有利于染料敏化太阳能电池的光电转换效率的提高。但是一维纳米材料的合成、组装的复杂性制约着其在纳米原型器件中的制作与应用，尤其是一维ZnO纳米结构与FTO(F掺SnO2)透明导电玻璃基底容易脱落，其粘附性仍存在很大问题。尽管采用晶种层可以提高粘附性，如中国专利申请公开号CN101348931A“一种脉冲电沉积制备均匀透明氧化锌纳米线阵列薄膜的方法”中所采用预先沉积种子层，但其制备过程的复杂，电阻增大及对实验要求较高制约着该技术的发展。而中国专利申请公开号CN101497127A“一种锌-氧化锌复合纳米结构的制备方法”中的海胆状锌-氧化锌复合纳米结构，由于采用一步法制备，可控性差，其海胆状结构核心的金属锌在制备过程中并非全部与导电玻璃粘附而降低了电子的传输，且对设备加热温度要求高，耗能大。因此，既要增强粘附性又不能增大电阻是解决上述问题的核心之一。发明内容[0003]本发明的目的