[发明专利]Al2O3修饰ZnO纳米多孔薄膜复合电极的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料技术领域，特别是提供了一种利用氧化铝修饰层来提高氧化锌纳米颗粒多孔薄膜电极在进行染料敏化过程中的抗酸腐蚀性的方法，涉及一种高稳定性的染料敏化太阳能电池阳极的制备方法。

背景技术

随着科技的发展，人类对地下能源的消耗急剧增加，地球正面临着十分严重的能源危机和环境污染。因此开发成本廉价、环境友好的新能源已经成为当前研究领域的一个热点。太阳能是人类得以生存和发展的最基础的能源形式。光伏发电技术的研究始于20世纪50年代，它的出现为太阳能利用开辟了广阔的空间。随着相关技术得到突破，基于低成本、原料丰富和易制备等优势，染料敏化太阳能电池渐渐成为最具竞争力的太阳能电池之一。特别是近些年来，人们逐渐发现ZnO纳米材料在染料敏化太阳能电池这一领域也有着潜在优势。ZnO纳米材料的制备方法简单多样，且可获得多种形貌的纳米结构，有利于对光阳极的结构进行优化。同时，其电子迁移率高，有可能进一步提高电池的转化效率。(Z.Qin，Q.L.Liao，Y.H.Huang，L.D.Tang，X.H.Zhang，Y.Zhang，Mater.Chem.Phys.123(2010)811；N.Ye，J.J.Qi，Z.Qi，X.M.Zhang，Y.Yang，J.Liu，Y.Zhang，J.Power Sources 195(2010)5806；M.Law，L.E.Greene，J.C.Johnson，R.Saykally，P.D.Yang，Nat.Mater.4(2005)455.)。由于现有一维ZnO纳米结构电极的有限的比表面积，因此基于ZnO纳米颗粒多孔薄膜阳极的染料敏化太阳能电池依然保持着相对较高光能量转化效率。

目前，基于ZnO纳米颗粒多孔薄膜阳极的染料敏化太阳能电池的转化效率的提高受到了一定的限制。其中较为主要的原因在于商用化的直接应用。这些钌的联吡啶络合物染料大多带有-COOH官能团，使得这些染料在溶液中显现酸性。这不仅会对ZnO纳米材料的表面造成腐蚀，而且会产生一种严重阻碍电子注入效率的Zn²⁺/dye配合物，最终大大降低了染料敏化太阳能电池转化效率。目前各国的科学家正试图通过表面修饰的手段来阻止酸性染料对基于ZnO纳米材料电池性能的降低，但是不同的修饰方法产生的作用各异，并且也没有取得显著的性能改善效果。(M.Law，L.E.Greene，A.Radenovic，T.Kuykendall，J.Liphardt，P.D.Yang，J.Phys.Chem.B 110(2006)22652；S.H.Kang，J.Y.Kim，Y.Kim，H.S.Kim，Y.E.Sung，J.Phys.Chem.C 111(2007)9614；Y.J.Shin，K.S.Kim，N.G.Park，K.S.Ryu，S.H.Chang，Bull.Korean Chem.Soc.26(2005)1929；X.J.Wang，M.K.Lei，T.Yang，L.J.Yuan，J.Mater.Res.18(2003)2401.)。

发明内容

本发明目的在于提供一种通过涂覆氧化铝保护层来提高氧化锌纳米颗粒多孔薄膜电极在酸性染料中的耐腐蚀方法，制备出一种用于染料敏化太阳能电池高稳定性的Al₂O₃-ZnO纳米颗粒多孔薄膜复合阳极。具有性能稳定、耐酸性强、制备方法简单、成本低、效率高、面积可调范围广以及适合工业生产等许多优点。

本发明提出了一种适用于酸性染料敏化的Al₂O₃-ZnO纳米颗粒多孔薄膜复合电极的制备方法。采用刮涂法方法在导电基底上制备了多孔的ZnO纳米颗粒薄膜；利用旋转涂覆法在ZnO纳米颗粒薄膜表面复合一层Al₂O₃薄膜。选择适当的工艺参数来获得在敏化过程中耐酸性强、电极性能最优的Al₂O₃-ZnO纳米颗粒多孔薄膜复合电极。具体工艺步骤如下：

1.将ZnO粉末放入研磨钵中充分研磨0.5～1小时后，在400～600摄氏度下热处理0.5～1小时，最后自然冷却至室温。

2.将步骤1处理过的ZnO粉末与松油醇、乙基纤维素以2∶8∶1～1∶5∶1的比例分散于无水乙醇中制备成浆料。先超声波震荡处理0.5～1小时，并不停搅拌至充分分散。随后放在加热炉上加热，并不断搅拌20～30分钟，直至形成粘稠状ZnO纳米浆料。