[发明专利]染料敏化太阳能电池的ZnO电极及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于太阳能电池技术领域，特别是涉及一种染料敏化太阳能电池的ZnO电极及其制备方法。

背景技术

染料敏化太阳能电池成本低廉、容易制备，被认为是硅太阳能电池最有力的替代者。该电池的关键部件是半导体电极。这种半导体电极一般是由半导体纳米颗粒组成的。电荷在这种由纳米颗粒组成的半导体电极中的传输电阻较大，这阻碍了该电池光电转换效率的进一步提高。用准一维半导体阵列(纳米线阵列、纳米管阵列、纳米棒阵列和纳米带阵列)来代替半导体纳米颗粒所制成的半导体电极，可以减小电荷在半导体电极中的传输电阻，有利于该电池光电转换效率的进一步提高。并且，这种准一维半导体阵列，有利于电解质中I₃^-和I^-的传输，有利于减小电池的内阻和提高电池的光电转换效率。与由纳米颗粒组成的半导体电池相比，固态电解质和准固态电解质更容易进入到准一维半导体阵列电极中，从而使准一维半导体阵列电极在固态和准固态电池中有广阔的应用前景。

发明内容

本发明的目的在于提供一种染料敏化太阳能电池的ZnO电极及其制备方法。其特征在于，所述染料敏化太阳能电池的ZnO电极为在基底上涂覆一层ZnO纳米带阵列的ZnO膜；或先在工作电极基底上涂覆一层氧化物进行前处理后再涂覆一层ZnO纳米带阵列的ZnO膜；或在经过前处理的ZnO纳米带阵列的ZnO电极基础上再进行后处理涂覆一层氧化物的复合膜层的染料敏化太阳能电池的ZnO电极。

所述染料敏化太阳能电池的ZnO电极的制备方法，其特征在于，具体制备工艺包括：1)直接在工作电极基底上制备：采用含有工作电极、对电极和参比电极的三电极系统，工作电极和对电极相距为2-6mm，以非离子型表面活性剂和硝酸锌溶液按重量比3∶2～4∶1的比例，在混合温度为50-80℃下混合成电镀液，在-0.9～-1.1V的电镀电压下沉积出厚度为4-50nm纳米带ZnO膜，然后在煅烧温度为300-600℃下煅烧0.5～2h，即得到具有ZnO纳米带阵列的、适合用作染料敏化太阳能电池光阳极的ZnO电极；

2)经过前处理后再涂覆的制备工艺，即在上述工作电极基底上先涂覆一层氧化物后再按上述1)的方法制备晶化的ZnO纳米带阵列的ZnO电极；

3)在上述1)或2)制备晶化的ZnO纳米带阵列的ZnO电极上再涂覆氧化物进行后处理，而制备得到染料敏化太阳能电池光阳极的具有ZnO纳米带阵列的ZnO电极，会使在染料敏化太阳能电池中的使用效果更佳。

所述纳米带直立在基底上，排列有序。

所述纳米带之间的间距为1-2000nm。

所述非离子型表面活性剂为十六醇聚氧乙烯十醚、十八醇聚氧乙烯十醚、十八醇聚氧乙烯二十醚、十六醇聚氧乙烯八醚或十二醇聚氧乙烯八醚。

所述硝酸锌溶液的浓度为0.001-1mol/L。

所述混合溶液中非离子型表面活性剂的浓度为20-90wt％。

所述工作电极的基底材料为透明导电玻璃、碳电极和金属电极中的一种。

所述对电极为Pt片或镀Pt电极。

所述参比电极为饱和甘汞电极。

所述前或后处理涂覆的氧化物为MgO、SnO₂、ZnO、WO₃、Fe₂O₃、TiO₂、CeO₂、Nb₂O₅、Al₂O₃、In₂O₃、V₂O₃、ZrO₂、NiO、SiO₂、CaO、CoO、CuO、MnO、SrO和Ba₂O₃中一种或一种以上氧化物。

所述前处理工艺为将工作电极浸泡在70℃的0.04mol/L的四氯化钛溶液中30min后，取出来，在450℃下煅烧30min，以实现在工作电极上沉积一层TiO₂。

所述后处理工艺为将具有ZnO纳米带阵列的ZnO电极，常温浸泡在0.1mol/L的钛酸四丁酯溶液中10min后，取出来，在450℃下煅烧30min，以实现在所得的ZnO纳米带阵列膜上沉积TiO₂。